公路桥梁智慧养护的现状与思考

公路桥梁智慧养护的现状与思考1引言由一部手机管理一个城市的联想一个领域；一个架构体系；一个通用功能平台；一个数据中心；一个运行大脑。2PART

ONE3公路桥梁智慧养护概述截至2018年底，全国公路桥梁85.15万座、5568万米，其中特大桥梁5053座、903万米，大桥9.9万座、2637万米。截至2017年末，我省公路桥梁 7.07万座

，36万米。其中，国道6519座，省道4859座，县乡道3.5万座。我省桥梁密度居全国前列。4智慧养护——背景及必要性1000086 600084

50008240003000

万米200080万

78座7674

72702014

2015

2016全国桥梁数量2017

2018桥梁总长度我省干线公路桥梁桥龄分布智慧养护——背景及必要性桥梁养护规模扩大至2020年，预计我国公路桥梁总数将超过100万座。（目前美国公路桥梁约60万座）桥梁养护任务繁重60、70年代修建的大量桥梁随着结构的老化，将面临较大的安全风险，状态令人担忧。桥龄30年桥梁逐渐增多，同批桥梁逐步进入病害高峰期。5智慧养护——背景及必要性养护手段较薄弱机械化、信息化、绿色化程度不高决策手段单一，科学决策体系缺乏养护效率不高养护理念需升级“重建轻养”

→

“建养并重”→“以养为主”预防性养护仍需加强6智慧养护——背景及必要性国家政策推动2014年“四个交通”目标：综合交通是核心，智慧交通是关键，绿色交通是引领，平安交通是基础；2016年《“十三五”公路养护管理发展纲要》：构建更畅通、更安全、更智慧、更绿色的公路交通网络；2019年：《数字交通发展规划纲要》：推动交通基础设施全要素、全周期数字化；推动交通感知网络与交通基础设施同步规划建设；具备多维监测、智能网联、精准管控、协同服务能力7智慧养护——背景及必要性桥梁养护发展趋势电子化网络化智能化智慧化桥梁养护模式由传统型向智慧型转变！8智慧养护——理念与特征公路桥梁智慧养护科学精准绿色高效设计阶段建造阶段运维阶段信息多元化手段多样化建养结合数据传承新型信息技术目标9感知透彻广泛、实时准确的全面感知分析融合处理、技术先进的智能分析呈现用户友好、直观简洁的多维呈现互联数据联通、信息共享的深度互联决策综合优化、科学高效的智慧决策10公路桥梁智慧养护通过物联网、云计算、人工智能、大数据等新一代信息技术应用实现全面感知、泛在互联、普适分析与融合应用，对桥梁养护管理工作多方位、全过程做出快速、智能响应，构建一整套面向桥梁养护各方的智慧管养体系，保障桥梁安全，提升管养水平。智慧养护——理念与特征智慧养护——理念与特征全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现以广泛覆盖的信息感知网络为基础，全面、及时、透彻、准确地获取桥梁不同属性、不同形式、不同维度的信息，准确判断桥梁状况。传统方式 新型方式人工调查室内或现场测量档案信息已有数据库仪器感知光纤传感图像识别缆索检测机器人……航测遥感航空正射影像数据倾斜摄影测量数据……综合采集激光点云数据全景照片空间位置信息……11智慧养护——理念与特征环境数据气象数据荷载数据…………管理数据机械设备人员概况管理标准……智慧养护资源池感知对象多元化感知方式主动化感知结果高效化全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现12以广泛覆盖的信息感知网络为基础，全面、及时、透彻、准确地获取桥梁不同属性、不同形式、不同维度的信息，准确判断桥梁状况。感知类型多样化结构数据结构应力应变变形、腐蚀智慧养护——理念与特征基于物联网和互联网形成“无所不在的连接”，连接融合多感知途径来源的桥梁信息，实现信息的互通访问与共享，实现信息资源的一体化和立体化。全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现环境气象数据源交通管理数据源结构养护数据源物联网互联网桥联网异源数据融合互联管理流程互联设计施工运维13智慧养护——理念与特征全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现人工智能数据挖掘图像处理信息分析智能评估预测分析手机平板电脑纸质文档无人机工程检测车对感知数据进行提炼增值，通过处理转换，对信息价值再挖掘，发现所需知识，自主判断与预测，为智能决策奠定基础。信息整合 信息处理 信息分析 信息输出云计算分布计算弹性网络14智慧养护——理念与特征信息处理：提高信息质量，使得信息更全面、更具体、更易利用，为进一步的分析做准备。数据清洗：有效清除脏数据，保证数据质量。数据归约：不损害挖掘结果准确性前提下，降低数据集规模。数据变换：对数据进行合并、变换和清理。桥梁监测数据变换前桥梁监测数据变换后全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现15智慧养护——理念与特征数据挖掘：融合多感知来源集成信息，基于大数据挖掘相关的各种模型与方法对海量信息进行深入处理分析，提取所需知识，指导养护决策。桥梁监测数据

聚类分析桥梁属性

分类分析桥梁属性

关联规则桥梁应力数据

时间序列分析桥梁挠度

偏差分析技术状况

神经网络分析全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现16智慧养护——理念与特征评估预测：实现信息的提炼增值，根据分析结果，自主地进行判断和预测桥梁性能，提升桥梁养护主动性。综合评估综合评估是开展养护决策的基础性能预测性能预测是开展养护决策的支撑马尔可夫链全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现17智慧养护——理念与特征监测数据智能分析——基于云平台的包络控制桥梁预警包络控制预警机制云平台数据管理系统示意图云平台实现监测数据的云端实时处理有限元建模，考虑多因素耦合作用， 预得到桥梁理论预警阈值 警包络理论构建桥梁预警分级机制 机制基于神经网络桥梁状态短期预测方法：桥梁监测数据实时分析构建桥梁预警机制目的：全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现18

智慧养护——理念与特征监测数据智能分析——PC连续梁桥性能识别和预测弯曲裂缝、斜裂缝与永存应力的关系弯曲裂缝、斜裂缝与剪切刚度、弯曲刚度关系基于关键病害特征的结构性能评估技术路线012

39-350-300-250-200-150-100-50050

P1P2P3P4P5P6P7P8P9P1P011P12挠度（mm）4

5

6

7

8时间

(年)

P%=15%

P%=20%05101520P%=25% P%=30% 30P%=35% 修正挠度25

P%=5%

P%=10% 35通过既有挠度演化数据，识别并拟合结构的预应力损失趋势，实现结构性能的准确预测40

P3P4P5P7P6P8P10P9PP1112预应力损失率（%）P1

P2-10123456789

10时间（年）计算值 f(t)=5.61×10-3(t/15.56)1.62拟合值程序实现19全面感知深度互联智能分析基于桥梁挠度演化数据的结构性能预测智慧决策多维呈现智慧养护——理念与特征对信息价值的融合与再利用，将处理结果反馈给不同需求的决策者，完成信息的完整增值利用，提高决策技术水平。全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现解决问题When？Where？What？How？智能分析智慧思维在智能分析输出结果的基础上，运用智慧思维，解决养护实际问题20智慧养护——理念与特征科学决策——桥梁群养护对策养护的对象不仅仅是实体组合箱梁桥连续箱梁桥空心板梁桥钢桁架……（桥梁集群）原设计情况实际运营荷载桥梁病害情况养护对策1.00.90.80.70.60.50.4材料退化系数0.000.15 0.250.300.350.400.45

0.50裂缝区长度与跨径之比底板横向裂缝与腹板竖向裂缝同时存在

与裂缝区长度相关的材料退化系数曲线仅存在底板横向裂缝或腹板竖向裂缝仅存在底板横向裂缝或腹板竖向裂缝底板横向裂缝、腹板竖向裂缝同时存在ⅠⅡⅢⅣⅤ基于组合箱梁桥裂缝特征的养护决策实测荷载水平桥梁病害与结构尺寸的相关性全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现21智慧养护——理念与特征多途径信息输出显示基于二维、多维的宏观及微观展示方式，一方面展现桥梁多种属性全貌，实现数据信息的清晰有效表达；另一方面，通过多途径呈现实现既有知识信息的再发现。全面感知深度互联智能分析智慧决策多维呈现四维展示全息影像VR显示数字孪生22PART

TWO23公路桥梁智慧养护案例交通基础设施数据中心24交通基础设施数据中心XX省干线公路桥梁养护数据中心XX高速公路桥梁养护管理系统XX交投桥隧检测分析应用系统XXX农村公路桥梁养护数据中心目前已入库桥梁6000余座，包含桥梁基础属性数据、结构技术数据、历年检查检测数据、历年技术评价数据包含35条高速公路，5753座桥梁，为控股及17家路桥公司提供技术支撑XX省干线公路桥梁养护数据中心XX省高速公路桥梁养护管理系统25以业务为核心，以信息技术为支撑，设计了交通基础设施信息化数据中心的基础架构及功能模块。模块化标准化信息化自动化规范标准模块化病害管理模块化业务板块模块化26养护成果信息化结构分析信息化决策管理信息化技术评定自动化报告编制自动化病害对比自动化构件拆分标准化病害记录标准化流程管理标准化交通基础设施数据中心基于Android平台的手持式移动端病害采集软件基于Javascript、HTML、数据库交互与管理及移动互联等先进技术以关键信息标准化解构及移动端数据采集系统为依托实现“基本参数简单维护、场端信息标准化采集分析、养护计划科学靶向制定及评估”等管养全过程无纸化、信息标准化控制病害采集软件27交通基础设施数据中心交通基础设施数据中心数据中心形成了标准化信息采集+自动化信息处理依托数据中心连续多年提供全省干线公路桥梁技术分析报告28路网级别桥梁监测平台29路网级别桥梁监测平台2015年针对桥梁服役状态特征分析及养护管理信息化需求开展普通干线公路桥梁结构监测策略研究2016年发布XX省普通干线结构桥梁监测监测建设指南2016年发布XX省普通干线公路桥梁结构监测实施方案（2016~2020年），计划实施结构监测桥梁75座针对特大、特殊结构、特别重要桥梁（三特桥梁）开展对数量较少但结构类型特殊的桥梁全覆盖典型代表性代表性的桥梁按覆盖率102017年完成XX省普通干线公路桥梁结构监测统一管理平台开发工作16.3

%大桥、特大桥比例27.6

%重点关注的大桥、特大桥30路网级别桥梁监测平台PC箱梁,

12钢桁架,

2系杆拱,

26连续T形刚构,2斜拉桥,

2矮塔斜拉桥,

2飞燕式拱桥,

1钢箱梁系杆拱,2刚架拱,

1截止2018年底，全省已部署监测系统的普通干线公路桥梁共50座所有监测桥梁全部接入XX省普通干线公路桥梁结构监测统一管理平台十三五期间已完成部署的系杆拱桥及PC箱梁桥最多31路网级别桥梁监测平台PC端管理平台（XX省普通干线公路桥梁结构监测统一管理平台）全省普通干线公路安全监测桥梁的统一入库注册及业务管理监测桥梁对应监测数据的接收存储、管理分析、结果展示监测数据分析预警信息推送及流程控制管理监测设备故障、电网供应条件异常等预警信息管理32路网级别桥梁监测平台移动端监测助手移动端实时在线跟踪监测桥梁状况提供更方便快捷的信息管理交互通道33系统预警与核查结构监测预警等级分为黄、橙、红三级；高等级预警需以多监测项目综合分析具有一致性结论为前提，以监测计算扣分指标综合计算为依据。路网级别桥梁监测平台系统数据拓展分析在结构安全评估基础上提供区域拓展分析成果：跨径越小结构效应设计水平容易超载；交通水平相当前提下苏北区域超载状态更为严重。34路网级别桥梁监测平台监测桥梁效益辐射效应依托全省桥梁设计、建设、养护数据资料以主观因素、空间因素、时间因素、结构因素等维度将在役桥梁归类，参考不同维度建立关联桥梁群依据分析结果建立实时更新的关联库，实现联动养护管理处置，以监测桥梁为点将监测成果辐射到关联桥梁群，扩大结构安全监测效益35世行贷款云南公路资产管理综合信息系统36利用世行贷款云南公路资产管理综合信息系统国内对于公路资产管理与养护信息化建设的省级大规模探索与实践，通过世行合作项目引进吸收国际先进的公路资产管理理念，建立以资产管理为核心的公路信息化体系。构建全面高效的公路资产管理信息系统，实现资产生命周期管理，确保公共基础设施资产保值增值提高业务管理能力和效率，夯实路网应急处置能力公众信息服务系统综合分析系统数据交换共享平台GIS核心数据库系统干线公路路网监控与应急保障系统公路资产管理系统综合业务系统云计算数据中心公路局专网外场设施系统运维管理体系信息标准规范体系信息安全保障体系37利用世行贷款云南公路资产管理综合信息系统资产多维采集资产可视化管理（视频）公路资产可视化管理中心机房移动设备视频监测设备检测设备巡查设备指挥大厅办公系统标准化数据动态监测数据数据