桥梁结构健康与安全监测系统建设方案

桥梁结构健康与安全监测系统建设方案PARTTHREE我国桥梁健康现状3.1关键技术3.2技术难点3.3案例分析我国桥梁健康现状我国作为世界第一桥梁大国，大型城市桥梁超过10万座，铁路桥梁超过20万座，公路桥梁超过96万座，桥梁给我们的生产生活带来了非常大的便利，但随着近年来交通量的猛增，超载、超重的影响以及桥梁本身的自然老化等因素，大量桥梁结构处于亚健康或危险状态，一旦桥梁发生坍塌，也会带来很大的损失，最直接的危害就是危害出行者的生命安全，同时给国家造成不可估量的经济损失，并造成恶劣的社会影响。我国桥梁健康现状2013年《关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》据统计目前中国近10万座桥梁存在潜在的危机。桥梁一般使用年限都很长，据2000年建设部出台的关于建筑设计使用年限的《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068,规定我国桥梁设计使用年限是100年至120年。桥梁的长期正常使用，不仅取决于建造质量，后期的管养更是重中之重。2021年2月24日交通运输部部长李小鹏主持召开的部务会2022年《公路桥梁结构监测技术规范》-行业标准2018年《公路长大桥隧养护管理和安全运行若干规定》01020304建立完备的桥梁数字化档案，提高桥梁作为交通设施的智能化管理水平，随时远程掌控桥梁性能和工作状态，提高数据监测的精度提升桥梁管理科技品质与质量通过对桥梁健康监测系统的研究，推动物联网、大数据、云计算等先进信息化技术在桥梁工程中的应用推动行业发展及时发现并监测突发灾害等特殊事件的发展变化，记录完整的突发事件过程，便于时候评估处理加强抗灾应急能力快速实现桥梁状态的评估和分析，及时发现病害源或桥梁运行异常情况，指导管养；通过交通监测，辅助超限车管控，预测桥梁结构损伤和寿命提高桥梁管养效率桥梁监测的目的桥梁健康监测的基本内涵通过智能传感器系统对桥梁结构状况进行监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。在桥梁运营状况异常严重时发出预警信号为桥梁结构行为和环境规律提供海量数据库意义结构设计方法与相应的规范标准等可能得到改进现有桥梁监测方式的缺点无法全覆盖桥梁的结构温度及应变采用点式传感器，只能监测桥梁特定点位的温度、应变，无能对整个桥梁进行监测。维修量大桥梁结构监测所用到的传感器多达十几种，每个项目使用的数量更是成百上千，数量多种类杂，出问题概率大，维修工作量大。未对监测数据进行分析评估现有的桥梁监测平台只展示相关传感器的监测状态，并未对相关数据进行分析评估，不能提前预测桥梁的健康问题自身性能退化产生不同程度的损伤和劣化传统的桥梁监测外部因素（环境因素、严重超载。人文因素）信息反馈不及时缺乏科学统计的方法123依赖于技术人员的经验无法全面了解和掌握桥梁状况4我国桥梁健康现状桥梁健康监测系统桥梁健康监测系统指采用各种现代化监测技术，对桥梁结构全生命期的运营环境、荷载输入、结构力学状态指标及响应参数进行实时、连续监测，并以一定的策略和技术手段对监测数据进行存储、分析、进而对桥梁整体运营情况进行判断、指导桥梁的管养决策。各类传感器安装位置桥梁监测的主要内容监测类别监测内容监测设备监测目的布置位置环境温度、湿度桥址区环境温度、湿度温湿度计监测环境温湿度主跨跨中桥面主梁内温度、湿度a索塔锚固区温度、湿度监测索塔锚固区温湿度索塔锚固区雨量降雨量雨量计监测降雨量主跨跨中作用车辆荷载所有车道车重、轴重、轴数、车速动态称重系统

+抓拍监测车流量、车速、轴重、轴距等关键交通荷载信息桥台外道路所有车道车流量风速、风向桥面风速、风向风速风向仪监测风荷载主跨跨中桥面塔顶风速、风向塔顶结构温度混凝土或钢结构构件温度光纤光栅温度传感器/分布式光纤温度应力监测主机监测桥梁结构温度主梁、桥塔地震承台顶或桥墩底部加速度

(抗震设防烈度为Ⅶ度及以上)三向加速度传感器监测地震桥墩底部结构响应位移主梁竖向位移激光挠度传感器监测主梁竖向挠度边跨跨中；主跨4等分点支座位移位移计监测梁端纵向位移和支座位移墩顶梁端支座处梁端纵向位移塔顶偏位GNSS监测桥塔偏位塔顶+1个基准点转角梁端水平转角倾角传感器监测梁端转角伸缩缝两端主梁梁端竖向转角应变主梁关键截面应变光纤光栅应变传感器/分布式光纤温度应力监测主机监测主梁、索塔应变和应力主梁、主塔索力斜拉索索力加速度计监测斜拉索索力长索、短索、中间索振动主梁竖向振动加速度加速度计监测桥梁结构振动特性主跨4等分点主梁横向振动加速度塔顶水平双向振动加速度塔顶斜拉索振动加速度长索、短索、中间索解决方案系统拓扑图产品优势以光纤作为传感器，光纤连续敷设在整个桥梁，无监测死角光纤作为传感器，结构简单，安装方便，适用于各种复杂的现场安装环境光纤材料理化性质稳定，耐腐蚀、抗电磁干扰，本身不带电，也不需外接电源，无完全隐患分布式光纤监测主机监测桥梁全部部位状态，重点区域使用点式传感器重点监测，如此既达到了想要的监测效果，也减少点式传感器的敷设数量安装方便节约成本本质安全全覆盖监测特色技术技术特点1、分布式探测：系统为全分布式探测，连续探测，不间断、无盲区、无漏报2、长距离监测：可达100公里（环路200公里）3、性能稳定：采用标准通信光纤作为传感介质，工艺成熟可靠。4、安全性：光纤本质安全，具有断纤报警等自诊断功能特色技术-分布式光纤温度、应变传感技术核心产品应用领域1、桥梁、大坝等建筑结构健康监测2、海缆全生命周期监控与质量分析3、石油、天然气、热力等管道泄漏在线监测4、塌方、滑坡等地质灾害探测产品特点1、采用双峰算法和小波算法，提高空间分辨率，最佳可达0.5m2、通过光时分复用技术抑制系统的非本地效应，提高监测距离长达200km3、结合光格自主研发的分布式光纤测温技术，实现长距离温度和应力双参

量同时测量4、采用脉冲预泵浦技术，实现厘米量级空间分辨率，并成功应用于裂缝监测5、高稳定性的工业化设计，满足7*24h连续在线监测机架式：AB600探测距离环路200km测温精度±0.1℃应变精度±20με定位精度

0.5m核心产品-分布式光纤温度应力主机工作温度0~40℃光纤传感器敷设方式光纤传感器敷设方式分布式光纤温度应力监测主机核心产品区域控制单元（ACU)产品特点1、汇聚节点，负责工业现场的感知信号采集、控制输出和通信等任务2、支持可视化编程语言，具有AI、DI、DO、RS485等工业接口，灵活扩展3、工业级设计，工作温度-40℃~+70℃，EMC电磁兼容4级，IP68防护等级4、支持边缘计算，实现数据处理；支持动态策略管理，可进行本地化控制5、高集成设计，现场安装方便，减少安装工程量应用领域1、桥梁隧道、变电站、配电房、市政管廊等2、工业自动化、楼宇自控、石油化工、机械制造、交通运输、环保等行业的自控系统EMC电磁兼容4级EtherCAT先进技术防护等级IP68核心产品-区域控制单元PARTTHREE智慧桥梁运维平台3.1关键技术3.2技术难点3.3案例分析数字化运维平台理念3M一体化，资产的监、管、维监控管理维护监控(Monitoring)自主研发多种光纤传感和物联网智能设备，对企业资产进行精准感知，统一物联。维护(Maintenance)以资产为对象，以维护手册为中心，以工单为牵引，实现周期维护和预测性维护。管理(Management)以企业资产为核心，通过电子台账和大数据，对资产的全生命周期进行管理。物联架构体系电缆通道B厂家传感设备A传感设备B传感设备C传感设备……利用EAM中台、监控报警中台以及物联管理平台，将监控数据、设备信息以及业务工作流抽象化、标准化，消化各系统间差异，便于各类数据信息融合以及后续业务的纵向深入以及横向扩展既满足与当前管理需要，同时着眼于未来发展需求感知层网络层平台层PaaS应用层SaaS边缘物联代理有线光纤网/无线网物联管理平台EAM中台应用平台物联架构体系监控报警中台平台数据处理各类传感器数据采集及传输数据处理及控制监测报警子系统物联管理平台桥梁状态评估监测数据管理操作指令监测数据报警设置资产管理子系统三维可视化EAM中台平台首页桥梁三维可视化基于数字孪生技术，结合实际环境，对桥梁、监测装置等进行1:1三维建模、渲染；建立桥梁振动分析模型、桥梁健康状态模型等数字模型；充分利用物联体系架构建设带来的好处，平台可轻松获取全部地级系统的各类桥梁监控运维数据，利用大数据分析技术对海量历史数据进行分类、清洗、统计、分析，结合深度学习算法，不断完善数字模型；最后通过驱动模型计算，将桥梁各类业务预测分析结果通过三维模型进行立体化直观展示，实时提醒桥梁结构健康状态。资产管理设施管理设备管理资产管理(EnterpriseAssetManagement,EAM)EAM管理思想：以桥梁资产为中心，对资产的全生命周期进行管理，提供计划维修、预防性维修、预测性维修、事后维修等几种维护模式，目标是提高资产可靠性和利用率，降低用户生产成本，积极改善资产回。预防性维修(PM)PreventiveMaintence预测性维修(PdM)PredictiveMaintenance事后维修(BM)BreakdownMaintenance监控报警系统监控报警系统，将物联管理平台的原始异构数据转换成逻辑设备数据，由用户根据场景需求，定义自己关注的逻辑设备模型及监控数据的处理分析策略，并提供异常事件的闭环处理设备原始数据物联管理平台业务数据逻辑设备自定义报警配置运维人员确认异常原因监控报警系统异常报警平台弹窗、短信通知运维人员数据分析运维数据流财务管理故障管理监测数据EAM中台整体业务流程图以工单为核心，在工单流转的过程中融合监控系统数据、日常巡视监测数据以及台账数据特别维护设备台账管理工单管理策划、批准、许可、隔离、执行、报告事后维修(BM)预防性维修(PM)预测性维修(PdM)状态监控数据可视化计划管理维护手册维护规范要求标准工作包调度管理库存管理采购管理缺陷隐患维护计划维护计划维护计划设备状况运行数据人机料法环维护记录缺陷管理隐患管理监控直接派单异常上报缺陷消缺隐患治理维护需求维护要求作业标准文档管理大冲邕江特大桥现状分析概况广西南宁大冲邕江特大桥位于南宁市青秀区长塘镇德福村大冲屯附近，跨越邕江及湘桂铁路，是南宁外环高速公路项目的控制性工程。目前已经建设完毕，投入运营。桥梁起点桩号为K36+494.00，终点桩号为K37+382.00，主桥为193+332+113米高低塔混凝土斜拉桥，引桥为2x(3x40)米预应力砼先简支后连续组合箱梁，桥梁全长888米。主桥结构形式采用高低塔、双索面、密索、对称扇形布置、双分离边箱形断面主梁、塔梁分离的半漂浮体系结构。大冲邕江特大桥现状分析桥面减载进行桥面铺装调整，处治方案的主要作用：一是铲除超铺的桥面铺装达到减载的目的，二是重新铺装桥面面层达到调顺桥面改善行车的目的。调索大冲邕江特大桥主桥为高次超静定结构的斜拉桥，主梁受力状态主要由斜拉索索力决定，为解决主梁目前存在的受力问题，改善结构受力状态，使其满足设计及规范的要求，处治方案必须通过调整斜拉索索力的手段来实现。缺陷处治压重为避免7号辅助墩及10号交界墩在最不利荷载工况下出现负反力，需在7号辅助墩位置以及10号交界墩附近进行压重。桥面减载大冲邕江特大桥缺陷处治后，广西交通科学研究院于我院于2016年4月26日至5月9