北京地铁桥隧结构运维监测技术应用

北京地铁桥隧结构运维监测技术

应用汇报人：李宇杰2018年11月汇报提纲一、桥隧实时安全监控系统二、安保区施工及重点工程监控三、隧道检测车应用四、未来发展方向一、桥隧实时安全监控系统（一）总体情况从2011年开始，通过分步实施的方式，北京地铁建成覆盖8条线路的桥隧监控系统。基础应用层监测分析层数据平台层用户层GIS地图消息中间件认证授权系统运维监测数据采集层基础设施层基础软件服务器网络设备存储设备机房环境PDCA安质质量管理子系统统计与分析子系统安全管理子系统系统管理子系统土建设施及监测设备信息维护子系统土建设施实时监测与预警子系统视频监控子系统土建设施隐患风险点管理子系统手机APP地铁公司运营分公司建安公司项目部工区维护厂商监控数据中心数据采集数据中心支撑平台数据处理共享交换1号线房山线5号线八通线十三号线昌平线亦庄线自主监测机场线…三检所城勘院第三方监测斜拉索桥系统逻辑框架图数据处理设计峰值1000条/秒，目前数据量约150万/天，平均每秒50条磁盘总容量为4TB，可支持至少5年的数据存储数据处理中心结构采集节点

5台全线数据处理节点1台数据存储节点

2台

数据处理中心能力系统已经覆盖8条线路800余处监测设施、生成百亿条监控数据。支座监测设备梁体裂缝监测设备梁体位移监测数据采集

该模块负责与下端采集仪设备连接进行通信，实现监控设备数据采集。数据处理

该模块负责数据包的解析进行各种计算，获取各种桥梁设施当前运行监控物理量。数据存储该模块负责将各监控设备采集的原始数据以及处理后的采集数据入库到数据库中。实时监测数据采集子系统土建设施基础信息维护

该模块负责对桥梁、梁体、墩台、支座、声屏障、防撞架等设施基础数据、加装监测项目进行管理和维护。监测设备基础信息维护

该模块负责前端监测设备维护，包括采集仪、传感器型号、量程、公式系数等。视频监控设备信息维护

该模块负责视频监控设备信息维护，包括安装位置等。设施及设备信息维护子系统土建设施实时监控

该模块负责以桥梁为基本单位，展示整体桥梁及附属设施各监测布设点，及各设施安全运行状态信息。土建设施监控地图

采用GIS电子地图的方式，用不同颜色的图标标识桥梁设施的安全监控状态。人工检测数据补录

人工桥梁检测数据可以通过该功能进行补录到系统中。实时监测与预警子系统三检所施工监控数据接入接入15号线南法信-石门区间(北京大数据软件研发生产用房及配套设施建设项目)、八通线高碑店-四惠东区间(华润饭店改扩建项目)监测工程共18处沉降实时监测。城勘院施工监控数据接入接入亦庄线宋家庄站~肖村站(石榴庄村0517-661地块住宅用地项目)12处沉降监测点。安全保护区施工监测视频监控视频监控有固定式和移动式两种，主要针对三种不同的情况进行实时视频监控，包括外部土建应急施工、内部土建设施维修改造、桥隧设施隐患风险点抢修。视频回放可通过光钎连接地铁公司内网或通过4G无线传输等方式提供视频接入的接口，并能保存、回放视频图像。视频监控子系统隐患风险点台帐管理该子系统主要针对土建设施隐患风险点进行管理，共包括两大类：一类是地铁安全控制保护区内产生的隐患；二类是桥隧设施的结构隐患。隐患风险点日常排查通过对重点部位隐患日常排查、异常情况排查和控制保护区排查等工作，从整体上、系统化监控土建设施隐患风险点状态变化及处理过程。土建设施隐患风险点管控子系统本项目通过引入PDCA安全质量管理思想，结合实际工作需要和经验，形成了隐患风险点的实时监控（状态感知）、预警报警（状态评定）、任务派遣、维修处置、工后审核和监督考核全流程的PDCA安全质量管理循环。具体角色分工如下：项目部项目部安质部安质部分公司工区维护单位PDCA安全质量管理子系统开始2接收完成现场核查安排4核查完成工区核查审核安排软硬件核查5土建无问题1接收报警通知(项目部)3安排完成工区现场核查(工区)硬件现场核查6安排完成(硬件维护单位)土建有问题软件现场核查7(软件维护单位)核查完成现场核查审核上报8核查完成(安质部)现场核查审批9审核上报下一步完成审批土建设施报警-报警现场核查流程接上步2安排完成异常处理落实3安排软硬件维修1异常跟踪处理安排(项目部)4安排完成硬件故障维修(硬件维护单位)软件故障维修维修完成5(软件维护单位)审批7(安质部)落实完成软硬件维修验收6维修完成审核上报完成完成审批土建设施报警-异常处理、故障维修流程PDCA安全质量管理

该模块负责监控系统中土建设施、监测设备报警、维修过程中各个阶段环节处理，从报警发生、报警核实、维修、台帐、评估等形成闭环管理。工作量评估

由安质部定期统计各执行单位的累计任务总数、已完成、未完成、本期新增、本期应完成等数据，进而评估各单位PDCA任务的工作量及完成率。PDCA安全质量管理子系统土建设施监测数据分析该功能模块负责把全天24小时采集的大量桥梁设施监测数据，通过分析、汇总、计算，为用户提供所关心的关键指标，包括最大位移，变化速率等。土建设施日常监测报表

系统根据要求，记录当前监测设施的变化情况，为用户提供日、周、旬、月、季、年的监测报表。统计与分析子系统土建设施病害影响分析土建设施的结构变化受外界环境、过车等因素的影响，经过长期对监测数据的积累，就可以对各种因素进行综合分析，获取效应量监测值变化与原因量的关系。土建设施病害趋势分析该功能用于土建设施根据长期的监测数据进行变化速率和变化趋势分析，掌握设施病害的发展规律和趋势。统计与分析子系统管理端

工作量统计故障统计工作效率评估异常跟踪、维护处置管理工区端

工作任务提醒接收工单任务现场设施状态记录提交设施设备问题原因维修维护建议

手机APP应用二、安全保护区施工及重点工程监控工程案例机场线渗漏注浆治理工程：T2-三元桥左线K4+850附近；现场施工照片管片变形监测数据SZ42SZ43SZ42SZ43-2.61.7测量机器人自动精确照准、精度高、节约人工成本、不影响施工。槽道及工作平台通过挂耳与盾构螺栓连接；不打孔、对盾构管片结构无损伤、稳固、位置灵活、拆装操作简便。结构简单、自重轻、便于搬运安装、可用空间充足、便于调平、环境适应性强；三、隧道检测车应用情况隧道检测设备组成（1）

GRP5000隧道扫描系统（2）

AmbergRail数据采集和后处理软件（3）

TunnelMap隧道信息管理和评价系统（4）

TMS隧道变形和收敛分析系统（5）病害汇总及椭圆度变化分析

TunnelMap生成报表，用于管理和查阅。

病害统计软件可以直观分析整条线路的病害分布情况盾构隧道椭圆度变化分析

通过与标准断面尺寸比对，分析结构的收敛变化情况

激光扫描速度较慢检测作业时，设定分辨率为0.5mm，扫描仪的旋转速度为100mhz，每个断面取10000个点，故检测速度为0.5米/秒。每晚有效检测距离为1.2-1.5公里左右，仅能完成一个常规区间的单边隧道检测。

原始数据存储量较大、数据分析耗时较长

原始记录数据格式为厂家内部格式，市面上的软件无法读取，高分辨率原始数据量1公里约为20-30GB，对于存贮和拷贝都是个考验。同时，完成数据处理颇为耗时，经过统计：每公里单边隧道的数据处理时间（包括预处理、处理、导出隧道图像）在一至两个工作日左右，隧道病害标注与形成统计报表需要两个工作日。明、暗挖隧道存在一定误判率

明、暗挖隧道在施工过程中因混凝土质量、二次衬砌背后注浆溢出、隧道粉尘等原因造成软件生成的Tiff图出现明显色差，对于病害判定存在较大影响，需要经验颇为丰富的技术人员进行判断及筛选，对数据分析人员技术水平要求较高。使用中存在的问题同类国产设备的应用8月23日：在环号2950-2970区段，表观渗漏面积较大，渗漏面积分布在1m2-4m2之间，两个区段的最大渗漏面积分别为3.7m2和2.9m2。其他环渗漏面积都在1m2以下。9月22日：在环号2950-2970区段，表观渗漏面积较大，渗漏面积分布在1m2-2.3m2之间，两个区段的最大渗漏面积分别为1.6m2和2.2m2。其他环渗漏面积都在0.5m2以下。8月23日观测结果中渗漏水面积最大的两个环段，在9月22日的观测结果中可见，渗漏水面积减小了92%以上。在两次检测时间区段内，大部分环的变形变化量在10mm以内浮动。变形变化量大于10mm的环段集中于环号2951