「互聯網+」道橋智慧運維管理新模式探索

編者按

道路、橋樑等市政基礎設施是城市系統運行的基本載體，極大地影響智慧城市功能的正常發揮和城市的可持續發展。本文結合CPS、大數據等現代信息技術，介紹道橋智慧化運維管理新模式。

橋樑，我們習以為常，幾乎每一個人每一天都要經過各種各樣的橋。

以上海市為例，2013年普查數據顯示，全市共有公路橋樑10393座，其中，縣道以上公路橋樑總長度超過435 km，鄉村公路橋樑總長度超過150 km。

公路橋樑在長期使用中，面臨來自交通負荷、運營環境等複雜條件的作用，存在來自車輛(船舶)撞擊、車輛超荷、危險品泄漏、自然和地質災害等突髮型事件的風險，以及材料劣化、地基沉降等因素造成的漸變型風險。比如,2016年5月,兩輛裝載預製管樁的挂車超載通過上海中環線高架道路，其中一輛撞擊防沖牆使得車上裝載的大量管樁脫離固定，導致該處中環高架橋樑橋體發生扭轉和橫向偏移。橋面移位變形，最大高差處約40厘米。

事發后，很多民眾質疑高架橋的質量問題。實則，上海中環高架按照《城市橋樑設計荷載標準》修建的，設計被主要用於通過各類客車、小型汽車，不允許載重貨車上橋。顯然，肇事車輛屬於嚴重違法行為，最終釀成大禍。然而還有一點值得注意的是，中環高架上沒有安裝車輛測重設備，只能通過交警和路政聯合執法來加以制止，這恰恰給了肇事車輛違章的可乘之機。

現有管養體系主要以人工定期巡檢為主，一來缺乏與運維安全相關指標的實時監測，管理部門在巡檢間隔期無法即時體察風險；二來，由於結構體量、橋位環境、并行構造物等阻隔因素，為數很多的橋樑，巡檢可達性較差，人員安全風險高，加之惡劣環境等因素影響，難以保持高頻度巡檢。這使得運維管理工作對網路化、區域化、實時性監管技術的需求日趨迫切，整合道路橋樑結構、運維環境、運行荷載等數據資源，構建信息化綜合管理和服務平台，在大數據時代，為政府和管理部門提供運維管理信息化支撐，為現有管養工作提供增值服務，為公共安全保駕護航。

1、城市道路交通智慧運維繫統

伴隨國家「互聯網+」戰略的推進，城市生活對安全、高效、便捷的需求不斷提升，客觀上要求構建設施智能化、服務功能綜合化的現代道路交通服務體系。基於現代信息技術的城市道路交通智慧運維繫統，可為道橋管養工作提供有力的技術支撐。

（1） 在基本「承載」安全層面，針對廣大道路橋樑的運維需求，通過模塊化的在線感測系統和智能化的巡檢設備，在雲平台的強大運算、存儲和兼容能力支撐下，實現網路化、集約化管理。由專業機構以「服務」的形式向管理部門提供道路、橋樑全壽命「一站式」支持，全面覆蓋系統設計、建設、運行維護、安全性能評估等多個環節。

（2） 在城市服務層面，以集成多項功能的智慧型路燈為道路側基本服務載體，在保證基本照明功能的同時，實現智慧安防、通信、環保監測、生活信息等多項公共服務功能。通過對車流量和人流量實時分析，實現車流監控與引導，緩解交通壓力，助力推進智能交通和現代交通運輸建設，改善市民出行體驗。另外，智慧路燈還可作為智能網聯駕駛技術中關鍵的路側監控和通信載體，為車路協同技術推廣和智能駕駛產業布局提供重要的支撐條件，在當前國內外廣泛研究「個體型」智能車輛的同時，實現「路看車」、「路管車」。

「互聯網+」城市道路交通智慧運維繫統

另外，智慧運維繫統的構建，將道路、橋樑、路燈等基礎設施由傳統的「單純承載型」設施，提升為「可感知、有思維、雲統籌、泛連接」的整體式城市交通服務體系，為政府和管理部門提高城市科學化、精細化、智能化管理水平提供支撐；為智能車聯網汽車產業發展提供關鍵基礎功能和創新模式。

2、具體應用

突發事件監測

如上文提到的中環事件屬於重載導致的結構超荷事件，可以針對主梁撓度、表面應變、支座受力等結構安全指標設置在線監測感測器，採用包含車輛稱重裝置的智能型伸縮縫實施通行荷載監測，並可設置與橋面路燈桿整合的、包含前端分析功能的視頻監測設備，實現結構受力、通行荷載、交通要素的綜合監管。系統可與交通、城市管理等部門實現數據融合，為車輛超載、結構超荷監測和治理提供數據支撐。

漸變風險監測

通過一段時間的數據積累可以了解到數據趨勢，提前預測潛在風險。如下圖所示，伴隨每天交通量的變化，橋樑撓度和應變呈現周期性的變化，如某橋樑每日14:00-16:00期間撓度和應變變化較顯著，該時段是重車通行的集中時段，橋樑撓度規律性增大。隨後晚高峰期間，以私家車、客運車輛為主，橋樑撓度整體減小。監測數據是呈現波動，但總體趨勢變化平穩有序，倘若某一時期發現規律紊亂，則應立即引起重視。

智能巡檢

可採用橋樑巡檢專用無人機等智能化手段對日常管養工作提供高可達性、高效率、高頻度技術支撐，與在線採集系統結合，實現橋樑運維安全管理的時間、空間全覆蓋。

智能型產品開發

除利用感測器採集橋樑數據外，將橋樑支座、伸縮縫這類傳統「純受力構件」提升為可感知、可測力的智能化產品是智慧運維的一個趨勢。例如，測力伸縮縫可監測車輛荷載，測力支座可直接反應橋樑受力，配合橋樑結構本身的撓度、應變等指標監測，可共同反映通行重載影響。

作者簡介

武智霞，上海產業技術研究院工程大數據服務創新中心高級項目經理，主要從事物聯網及工業大數據研究及應用。

韓鵬，工學博士，上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司研發工程師，主要從事橋樑安全運維物聯網技術、工程風險與病害防禦等專業方向的研究工作。

延伸閱讀

（本文不代表微言創新觀點。歡迎投稿、轉載和商務合作，請聯繫[email protected]）