“互聯網+”在鋼桁梁柔性拱橋施工中的應用

李浩+黎暉+白佳

摘 要：近年來信息網絡技術以前所未有的速度滲透發展，本文將“互聯網+”技術應用在橋梁施工領域，以滬通長江大橋項目為工程實例構建了橋梁施工監控平臺，通過數據自動采集分析、實時三維展示等功能實現了施工數據可視化，為施工管理提供了科學和合理的指導意見。

關鍵詞：互聯網+；橋梁施工；鋼桁梁柔性拱橋；云計算

中圖分類號：TN-9 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）3-0059-02

柔性拱剛性梁結構在鐵路或公鐵兩用橋梁中較為常見，如九江長江大橋、京滬高鐵濟南黃河大橋、合肥鐵路樞紐南環線跨合寧高速特大橋等，均為鋼桁梁柔性拱結構。剛性梁柔性拱結構多采用先梁后拱法施工，即先架設主梁再架設拱肋。拱肋安裝可采用梁上支架原位拼裝或依托扣掛系統懸臂拼裝，支架原位拼裝應用較多，但施工時由于梁上作業面限制，加上支架高度較高，面臨較突出的穩定性問題，懸臂拼裝拱肋則面臨拼裝精度控制難度大等難題，如果能夠實時掌握到施工過程中橋梁各個關鍵構件的狀態將為解決這些難題提供幫助。

本文以滬通長江大橋天生港專用航道橋為例，在施工現場安裝了先進的智能數據采集與傳輸設備，利用“互聯網+”中的無線通信、云計算、Web服務和物聯網技術搭建了B/S互聯網平臺，實現了橋梁施工信息在項目各參建方之間的協同共享，通過平臺關聯橋梁三維模型全方位查看橋梁構件上的傳感器量測信息，全面掌握橋梁構件狀態信息，提高了橋梁施工決策的科學性和合理性。

1 工程概況及技術難點

滬通鐵路長江大橋是新建滬通鐵路的控制性工程，為四線鐵路六車道公路合建橋梁，橋梁全長11.072km。正橋鋼梁總長5831.3m，由主航道橋、天生港航道橋、水中非通航孔橋組成。其中天生港專用航道橋采用（1.5+140+336+140+1.5）=619m鋼桁梁柔性拱橋方案。主桁采用剛性梁柔性拱的三主桁結構，柔性拱設在336m通航孔。剛桁梁施工采用大型斜拉扣掛系統對稱懸拼，柔性拱采用梁上拼裝后采用豎轉成拱的方案，構件尺寸、重量大，高空多點對位安裝對吊裝設備和吊裝工藝要求高。主梁為雙層板桁組合結構，公路和鐵路行車面板都采用正交異性板，與主桁連接采用栓焊結合，結構復雜，施工拼裝匹配精度要求高。

2 橋梁施工監控系統設計

本系統分三部分進行設計：數據的采集與傳輸、數據的存儲與計算、數據展示平臺的搭建。系統設計流程圖如圖1所示。

2.1 施工數據的采集與傳輸

2.1.1 智能傳感器安裝方案

本橋鋼梁架設采用從主墩頂開始向中跨和邊墩對稱架設，先梁后拱，先架設完邊跨后中跨合龍。為控制結構內力，輔助以利用吊索塔架斜拉扣掛系統、柔性拱肋架設采用在鋼梁上成拱，再利用吊索塔架進行豎向轉體。施工監控內容包括鋼桁梁懸臂安裝關鍵桿件應力監測、扣塔應力及扣索索力實時監測。關鍵桿件以及扣塔根部各布置一個傳感器，共計132個，柔性拱肋上選擇不利桿件布置傳感器36個。

2.1.2 施工數據采集

在本系統中，每座橋梁作為一個子系統由若干個數據自動采集系統組成，采用了高精度智能傳感器、數據自補償和預處理調理器設備，橋位處無電源條件下的自供電方式保證了全天實時自動采集，解決了人工采集容易出錯并且無法實時采集的問題。

2.1.3 施工數據傳輸

采集系統得到數據后通過無線發射設備將各種傳感器信號通過GSM/GPRS/WIFI的方式傳輸到云端，在云端收到原始數據的同時進行處理并將處理后數據存儲到數據庫中。在傳輸組網方面采用的是低功耗無線、傳輸距離遠、可點對點或一對多組網靈活的Lora節點和智能云盒等傳輸組網設備，用無線傳輸方式將實時數據傳輸并存儲到云端，解決了本過程過于依賴人工且數據易出錯，易丟失的問題。

2.2 施工數據的存儲與計算

本系統中傳感器的數據采集頻率較高，因此每天都有大量的數據由無線設備傳輸到云端進行處理，由于橋梁結構中每根桿件上安裝的傳感器位置和理論數據都不同，所以需要針對每個傳感器進行數據處理。在數據庫中考慮到傳感器的各種狀態設計了相應的若干字段對其實時數據進行描述，例如傳感器安裝位置、理論值、閾值和工作狀態等，同時安裝在同一區域的傳感器之間將進行數據對比分析。所有傳輸到云端的數據均由一定的算法進行計算后再存儲到數據庫中以供展示平臺進行可視化處理。在服務器上還部署了實時數據預警系統，當傳感器實時數據超出閾值即出現橋梁桿件受力異常情況時會將該數據詳細信息以報警短信的方式發送到指定聯系人，實現了橋梁施工狀態全天24小時預警功能。

2.3 施工數據展示平臺的搭建

（1）三維建模：將目標橋梁的二維圖紙文件導入到專業三維建模軟件中制作成橋梁初步三維模型，保持其與橋梁實際尺寸比例一致，然后進行貼圖和渲染，生成可以與其它三維引擎平臺對接的模型文件。

（2）虛擬施工場景搭建：在虛擬現實開發平臺中使用地形編輯器根據實際地形情況制作出一個虛擬地形，將橋梁模型文件導入到虛擬地形中，根據監測方案在橋梁模型的制定位置放置一定數量的傳感器模型用來展示監測數據。

（3）邏輯編程與數據交互：編寫腳本文件使橋梁與傳感器模型根據實際監測數據情況產生一定的動態性，同時向服務器發送數據請求，從而與網絡數據庫產生數據交互，既能讀取實時橋梁施工監控數據也能修改數據庫中的數值（如橋梁資料、施工進度等）。

（4）客戶端發布上線：根據功能需要合理設計各個功能按鈕和狀態顯示欄，按照一定尺寸比例布局在屏幕上，保證整個監測系統所需的功能在屏幕上能夠一目了然。最后將設計好UI的虛擬現實橋梁施工場景打包成html文件發布至互聯網，用戶可以憑借指定的用戶名和密碼使用任意一臺電腦登錄監測平臺。

3 橋梁施工監控系統應用

本系統在2016年至2017年期間對滬通長江大橋天生港專用航道橋施工過程進行了全程監控，根據系統設計方案和施工監控方案提前將智能傳感器安裝到相應的關鍵性橋梁桿件和臨時結構上，全天24小時不間斷采集施工數據，將溫度、應力和傾角等信息通過監控系統提供給各個項目參建方。滬通長江大橋施工監控系統主界面如圖2所示。

用戶可在系統中以各種角度查看橋梁三維模型中各個傳感器的安裝位置和實時數據，還可以用三維漫游模式“進入” 橋梁施工虛擬場景，根據需要選擇不同的工況檢查橋梁結構在各個施工時間段的整體和分部狀態，如圖3所示。

在數據曲線功能中可以對傳感器的實時和歷史數據進行分析，以確認每個關鍵施工工序的正常進行。預警功能在數據異常時也會及時發送警報短信到相關施工管理人員，現場施工人員馬上可以了解到問題所在并作出及時調整。

4 結語

在全球新一輪科技革命和產業變革中，互聯網已成為各行各業發展的新干線，“互聯網+”即互聯網與傳統行業的深度融合，傳統的橋梁工程也需要結合互聯網進行轉型升級。目前大跨橋梁項目眾多且施工難度大，以往的施工數據人工采集和錄入方式具有效率低、實時分析效果差等問題，本系統將物聯網和云計算等技術應用在橋梁施工領域，構建了橋梁施工實時監控平臺，通過數據自動采集分析、用戶遠程操控和實時三維展示等功能實現了橋梁施工監測信息化，具有采集精度高、實時傳輸效果好、工作效率高等優點，降低了施工風險和成本，提高了決策的科學性和合理性。

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