第8章智慧橋梁本章重點(diǎn)智慧橋梁概述橋梁BIM項(xiàng)目管理橋梁健康監(jiān)測(cè)橋梁智能檢測(cè)本章重點(diǎn)智慧橋梁概述橋梁BIM項(xiàng)目管理橋梁健康監(jiān)測(cè)橋梁智能檢測(cè)什么是智慧橋梁？智慧橋梁：智慧橋梁是集成人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息化技術(shù)，感知橋梁運(yùn)行狀態(tài)、判斷故障、最終預(yù)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)信息融合和橋梁運(yùn)營(yíng)的智慧精細(xì)化管理，是智慧城市重要組成部分，也是地方橋梁維管法規(guī)落地的重要基礎(chǔ)性平臺(tái)。無人機(jī)傾斜攝影移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)云計(jì)算BIMGIS數(shù)據(jù)庫三維全景B/S架構(gòu)系統(tǒng)集成人工智能物聯(lián)網(wǎng)橋梁建設(shè)背景現(xiàn)狀及特點(diǎn)總量多：2018年末，全國(guó)公路橋梁85.2萬座數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)：近十年均新增2.57萬座大橋、特大橋數(shù)量多：2018年末，大橋98869座（11.6%），特大橋梁5053座（0.59%）跨江、跨海、跨峽谷等超大跨徑橋梁工程多：其中長(zhǎng)江大橋總量135座（長(zhǎng)江干流、含在建）橋梁運(yùn)營(yíng)安全形勢(shì)嚴(yán)峻洪水、超載、腐蝕老化、車船撞擊是橋梁垮塌的主要原因基建老齡化帶來信息化、智能化的需求美國(guó)：65%公路急需整修，25%橋梁已經(jīng)無法滿足交通需求日本：建造完成50年以上為老齡化標(biāo)準(zhǔn)，2019年老齡化橋梁27%，預(yù)計(jì)2029年增至52%中國(guó)：建國(guó)初期和90年代兩個(gè)建設(shè)高峰，將迎來一批老齡化高維護(hù)要求的橋梁2007.6九江大橋2012.8哈爾濱陽明灘大橋2011.7福建公館橋新基建對(duì)橋梁信息化的支持2020年初，力度空前推出以5G、大數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等為核心的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展要求，支持橋梁工程與智能建造、智慧服務(wù)的深度融合與轉(zhuǎn)變；橋梁全壽命期信息化建設(shè)即為橋梁的新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。新型基礎(chǔ)建設(shè)包含的七大領(lǐng)域5G基站建設(shè)城際高速鐵路和城市軌道交通特高壓大數(shù)據(jù)中心人工智能工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新能源汽車充電樁橋梁全壽命期信息化建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)人工智能云計(jì)算……5G、AI-IoT橋梁工程+智能建造、智慧服務(wù)橋梁全壽命期信息化工程構(gòu)思立項(xiàng)開始施工交付使用結(jié)束決策階段設(shè)計(jì)階段時(shí)間運(yùn)營(yíng)階段施工階段運(yùn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)、可行性研究設(shè)計(jì)、計(jì)劃、招投標(biāo)施工橋梁全壽命期智慧橋梁架構(gòu)數(shù)據(jù)化可視化智慧化數(shù)據(jù)采集接入層包含云服務(wù)IT基礎(chǔ)設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備管理、AI智能終端、智能巡檢管養(yǎng)終端等；數(shù)據(jù)層通過數(shù)據(jù)緩存、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)以及大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案實(shí)現(xiàn)對(duì)施工、運(yùn)營(yíng)各類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理；平臺(tái)層各類子系統(tǒng)和組件，為不同應(yīng)用層系統(tǒng)共享；應(yīng)用層針對(duì)特定業(yè)務(wù)領(lǐng)域的專有系統(tǒng)，為不同應(yīng)用層系統(tǒng)共享；交互層面向用戶提供大屏駕駛艙、電腦PC端、智能手機(jī)APP等數(shù)據(jù)交互界面。本章重點(diǎn)智慧橋梁概述橋梁BIM項(xiàng)目管理橋梁健康監(jiān)測(cè)橋梁智能檢測(cè)什么是橋梁BIM項(xiàng)目管理？橋梁BIM項(xiàng)目管理：以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)，包含了三維信息模型、新的信息架構(gòu)及組織方式、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)，甚至物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。工程設(shè)計(jì)應(yīng)用模型碰撞檢查工程量統(tǒng)計(jì)三維建模自動(dòng)成圖檢查模型是否存在直接的沖突，安全空間、操作空間是否合理，避免施工過程中的不必要變更，實(shí)現(xiàn)問題早發(fā)現(xiàn)、早處理。自動(dòng)生成材料清單，并將模型創(chuàng)建的清單和原始二維設(shè)計(jì)圖進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程量統(tǒng)計(jì)過程中遇到的問題。材料統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的問題以及糾錯(cuò)模型鋼筋相互碰撞檢查直觀分析路線走向和地貌地形特征，對(duì)橋梁的中心樁號(hào)和規(guī)模進(jìn)行初步確定。將一些信息輸入設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)上、下部構(gòu)件的模型進(jìn)行調(diào)取，從而獲得三維橋梁模型。剖切BIM模型創(chuàng)建相關(guān)的施工圖，再進(jìn)行二維標(biāo)識(shí)和標(biāo)注，直接交付業(yè)主，減少二維設(shè)計(jì)不一致性，為后續(xù)設(shè)計(jì)交底、深化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。施工建設(shè)應(yīng)用場(chǎng)地布置優(yōu)化施工仿真模擬動(dòng)畫物料設(shè)備管理云平臺(tái)施工管理各功能區(qū)域建立相應(yīng)模型，依據(jù)施工組織設(shè)計(jì)或施工方案進(jìn)行模擬分析，重新分析優(yōu)化，多次循環(huán)優(yōu)化過程，得出合理場(chǎng)地布置方案。制作相關(guān)工序或施工方案仿真動(dòng)畫，進(jìn)行模擬與比選，也可用于技術(shù)交底，動(dòng)畫形式讓作業(yè)隊(duì)伍直觀了解方案設(shè)計(jì)原理與實(shí)施步驟、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。RFID技術(shù)與BIM的橋梁信息模型結(jié)合，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行物料設(shè)備信息的采集和交互，提升橋梁施工過程中的物料設(shè)備管理效率。將模型數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，通過手機(jī)端、網(wǎng)頁端使用平臺(tái)進(jìn)度計(jì)劃、質(zhì)量管理、安全管理、文明施工、文檔管理、監(jiān)控監(jiān)測(cè)等模塊進(jìn)行項(xiàng)目管理。運(yùn)維管養(yǎng)應(yīng)用竣工模型、資料信息整理遠(yuǎn)程監(jiān)控及維修加固傳統(tǒng)方式困境：

竣工驗(yàn)收資料多，傳統(tǒng)方式難以分類管理保存；項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期長(zhǎng)，資料難以保留久遠(yuǎn)；資料多為紙質(zhì)不易于及時(shí)查閱等。BIM項(xiàng)目管理優(yōu)勢(shì)：

前期將BIM模型數(shù)據(jù)及各類信息上傳至云平臺(tái)，即可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地查看相關(guān)施工信息，為后期運(yùn)維提供數(shù)據(jù)支持。傳統(tǒng)方式困境：

橋梁運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，需經(jīng)常定期檢查與特殊檢查。傳統(tǒng)的檢查監(jiān)測(cè)存在諸如貨車超載嚴(yán)重，監(jiān)測(cè)頻率低、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)遠(yuǎn)等問題。BIM項(xiàng)目管理優(yōu)勢(shì)：

通過傳統(tǒng)人工檢測(cè)技術(shù)與BIM+在線監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合互補(bǔ)，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，海量數(shù)據(jù)智能運(yùn)算存儲(chǔ)、連續(xù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)輸送、及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決出現(xiàn)的異常情況。本章重點(diǎn)智慧橋梁概述橋梁BIM項(xiàng)目管理橋梁健康監(jiān)測(cè)橋梁智能檢測(cè)什么是橋梁健康監(jiān)測(cè)？橋梁健康監(jiān)測(cè)：指運(yùn)用各種現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)與信息化技術(shù)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)環(huán)境、荷載輸入、結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)及響應(yīng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析，為橋梁在特殊氣候、交通條件下或橋梁運(yùn)營(yíng)狀況異常嚴(yán)重時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，為橋梁的維護(hù)維修和管理決策提供依據(jù)與指導(dǎo)

。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)典型健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成，主要包括：兩個(gè)部分：現(xiàn)場(chǎng)前端采集、后端數(shù)據(jù)處理與評(píng)估五個(gè)子系統(tǒng)：傳感器子系統(tǒng)、自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、中心數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)預(yù)警安全評(píng)估子系統(tǒng)、用戶界面子系統(tǒng)智能傳感技術(shù)加速度傳感技術(shù)光纖應(yīng)變傳感技術(shù)光纖光柵FBG傳感長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感分布式光纖傳感伺服加速度儀電容式壓電式MEMS應(yīng)變片式激光測(cè)振儀光纖光柵式基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，加速度響應(yīng)是結(jié)構(gòu)最為主要的響應(yīng)物理量之一。應(yīng)變是對(duì)結(jié)構(gòu)損傷最為敏感的指標(biāo)之一，傳統(tǒng)的應(yīng)變傳感技術(shù)主要是電子式應(yīng)變傳感技術(shù)，包括電阻應(yīng)變片、鋼弦式應(yīng)變計(jì)和PVDF壓電傳感器等。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、體積小、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾、可分布或者準(zhǔn)分布式測(cè)量、使用期限內(nèi)維護(hù)費(fèi)用。智能傳感技術(shù)位移傳感技術(shù)為保證橋梁幾何、剛度狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求，橋梁在施工和使用過程中，均需進(jìn)行關(guān)鍵截面的幾何狀態(tài)變形測(cè)試。激光測(cè)量微波雷達(dá)數(shù)字圖像相關(guān)性解析激光定向直線傳播，通過測(cè)量發(fā)射端和接收端的光程差來反算測(cè)點(diǎn)的位移變化激光對(duì)變形物體連續(xù)拍照，變形物體表面進(jìn)行特征點(diǎn)標(biāo)記，采用一定的相關(guān)算法對(duì)連續(xù)圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配追蹤實(shí)現(xiàn)位移變化的測(cè)量依據(jù)相位干涉測(cè)量方法使用多幅合成雷達(dá)圖像，這些圖像對(duì)應(yīng)不同時(shí)刻對(duì)相同區(qū)域的重復(fù)觀測(cè)，根據(jù)雷達(dá)接收到的回波的相位差反演生成目標(biāo)形變圖數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)預(yù)處理

由特征提取和特征選擇構(gòu)成，前者從原始數(shù)據(jù)中獲取特征，后者去除其中冗余、不相關(guān)的特征。

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中常提取的特征有頻域特征、時(shí)頻域特征、統(tǒng)計(jì)特征、力學(xué)特征等幾類。特征工程模式識(shí)別數(shù)據(jù)清洗：數(shù)據(jù)噪聲、長(zhǎng)期趨勢(shì)項(xiàng)、野值、失敏等數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。缺失值：不要求數(shù)據(jù)可忽略缺失值；反之進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)。數(shù)據(jù)降維：降低隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)以提升后續(xù)效率、利于數(shù)據(jù)可視化。

同時(shí)利用多通道或多種傳感器數(shù)據(jù)以得到更好的分析結(jié)果。

數(shù)據(jù)融合將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)綜合利用，能夠最大程度地發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價(jià)值。數(shù)據(jù)融合

在損傷識(shí)別中表現(xiàn)為對(duì)損傷存在與否、位置、程度的判別方法.

在結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估中則用于荷載模式識(shí)別、荷載效應(yīng)分析、安全預(yù)警、傳感器故障識(shí)別等問題。本章重點(diǎn)智慧橋梁概述橋梁BIM項(xiàng)目管理橋梁健康監(jiān)測(cè)橋梁智能檢測(cè)什么是橋梁檢測(cè)？橋梁檢測(cè)：通過專業(yè)技術(shù)人員利用特定的儀器、設(shè)備或人體感官，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的特性或性能進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試的一種行為。外觀損傷內(nèi)部缺陷力學(xué)性能幾何參數(shù)目視檢查無損檢測(cè)試驗(yàn)技術(shù)目視檢查主要內(nèi)容日常檢查:橋梁檢查車對(duì)全橋進(jìn)行巡視檢查。經(jīng)常檢查:偏重于結(jié)構(gòu)性檢查。定期檢查:根據(jù)橋梁的運(yùn)行年限定期對(duì)橋梁做比較全面的綜合的檢查，評(píng)定橋梁技術(shù)狀況，判斷橋梁的抗災(zāi)能力。橋梁檢測(cè)制度目視檢測(cè)技術(shù)智能巡檢無人機(jī)對(duì)特殊橋梁，如懸索橋、斜拉橋、大跨高墩橋等特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)工作，近距離、高精度的對(duì)橋梁主體及附屬設(shè)施的裂縫、缺損、剝落破損、銹蝕等病害進(jìn)行影像的數(shù)據(jù)采集，便于后期對(duì)橋梁運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)分析。檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)內(nèi)容鋼桁梁鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)螺栓是否缺失、是否銹蝕、是否有其他異常索塔混凝土蜂窩麻面、露筋、剝落掉塊、裂縫、避雷針完好情況節(jié)點(diǎn)板螺栓是否缺失、是否銹蝕、是否有其他異常高橋墩混凝土蜂窩麻面、露筋、剝落掉塊及裂縫纜索是否銹蝕、涂裝是否脫落、是否有其他異常常規(guī)檢測(cè)盲區(qū)其他異常情況檢測(cè)橋梁墩頂、支座等危險(xiǎn)部位時(shí)，安全系數(shù)高，保證人員安全無需輔助措施，直接到達(dá)需檢測(cè)部位，大大節(jié)省了費(fèi)用傳統(tǒng)檢測(cè)難以到達(dá)的場(chǎng)所可輕松到達(dá)，保證了細(xì)致性和全面性經(jīng)常性檢查時(shí)，無需封閉道路，保證了交通正常運(yùn)行及時(shí)性優(yōu)點(diǎn)目視檢測(cè)技術(shù)結(jié)構(gòu)外觀病害及變形圖像識(shí)別技術(shù)3D攝影+基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的圖像識(shí)別處理技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)表面裂縫、蜂窩麻面等病害進(jìn)行檢測(cè)，提高橋梁表觀病害檢測(cè)的效率、精度以及標(biāo)準(zhǔn)化程度，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)盲區(qū)病害量化評(píng)估。無損檢測(cè)技術(shù)射線檢測(cè)超聲波檢測(cè)磁粉檢測(cè)聲發(fā)射纜索腐蝕斷絲、鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋孔道壓漿密實(shí)度、隱蔽部位……射線的能量在經(jīng)過被檢測(cè)對(duì)象時(shí)會(huì)因?yàn)楸粰z測(cè)對(duì)象本身的缺陷以及不連續(xù)性等造成衰減。利用膠片以及傳感器收集到射線能量衰減后的結(jié)果，利用圖像的方式將能量的強(qiáng)度、相位等信息顯示出來。利用超聲波經(jīng)過不同的介質(zhì)產(chǎn)生反射的特性，如果被檢測(cè)構(gòu)件內(nèi)部存在裂紋、缺陷等情況時(shí)，會(huì)影響超聲波的傳播，從而在計(jì)算機(jī)屏幕上形成特定的脈沖波形，通過信號(hào)中特定的脈沖波形來檢測(cè)構(gòu)件中裂紋和缺陷的位置、深度等特征。構(gòu)件在缺陷處材料不連續(xù)，而構(gòu)件被磁化后缺陷處磁導(dǎo)率為空氣磁導(dǎo)率，小于材料自身的磁導(dǎo)率，磁力線發(fā)生畸變，產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，缺陷位置就會(huì)吸附、聚集到檢測(cè)過程中所施加的磁粉，形成磁痕，就可以指示構(gòu)件的缺陷位置。固體材料在內(nèi)部產(chǎn)生或者外部施加的應(yīng)力作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化并且以瞬時(shí)彈性波向外釋放能量，使得其周圍的動(dòng)態(tài)應(yīng)變場(chǎng)發(fā)生變化，并由此產(chǎn)生機(jī)械擾動(dòng)，通過對(duì)震源信號(hào)的處理分析來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的損傷過程和安全狀況現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)技術(shù)頻率和振型是橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵動(dòng)力性能指標(biāo)被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)警、損傷識(shí)別和狀態(tài)評(píng)估。橋梁間接測(cè)量法可以基于過橋車輛的響應(yīng)間接識(shí)別出以上橋梁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是驗(yàn)證間接測(cè)量法理論可靠性最有效的手段。測(cè)量車系統(tǒng)由一輛具有單自由度的拖車（測(cè)量車）和一輛雙軸牽引車組成。試驗(yàn)車輛車軸的左側(cè)、中央和右側(cè)分別安裝有三個(gè)振動(dòng)傳感器。安裝在車軸上方的中央傳感器主要用于測(cè)量橋梁的垂直振動(dòng)和頻率，左右傳感器用于檢測(cè)橋梁的