杭瑞高速洞庭大橋健康監測系統軟件研究

韋麗瓊 張國剛 劉 維

（1.湖北工業大學，湖北 武漢 430068；2.湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008；3.湖南建工集團有限公司，湖南 長沙 410004）

1 項目背景

為了保障公共安全和交通暢通，世界各國的學者和工程界專家相繼提出了利用現代傳感技術、新一代信息技術、橋梁預警與狀態評估等先進技術對重要橋梁結構進行監測、預警及評定。近年來，國內越來越多的大橋梁建立了健康監測系統，尤其是特大型橋梁基本都建立了監測系統。杭瑞高速洞庭大橋作為鋼桁加勁梁懸索橋中排名國內第一、世界第二的特大型橋梁，在橋梁設計階段就布局了橋梁健康監測系統。

橋梁健康監測系統軟件作為軟件評估分析重要部分，同時是用戶與系統之間交互的門戶，承擔了數據的采集、處理、存儲、展示、計算分析、出具報表等各項工作，是整個系統的核心。

2 項目情況

杭瑞洞庭大橋健康監測系統的核心任務是獲得橋梁在役期的代表性環境荷載、動態交通荷載以及結構的響應、局部損傷等信息，在對監測信息進行評估的基礎上定期獲得行車和結構的雙重安全狀態信息，為結構的安全、高效、經濟運營管養決策的制定提供技術支持。該系統包括傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、橋梁健康監測軟件子系統。

3 軟件簡介

（1） 軟件基于GIS平臺和分布式數據庫管理系統，結合互聯網技術，建立一個B/S架構的結構健康監測及安全監控預警系統；并利用通訊光纜傳輸網絡作為信息傳輸平臺，將結構現場測站和控制中心地鏈接為一個分布式的有機整體。

（2） 本軟件由6個子模塊構成：數據采集模塊、橋梁信息與檔案管理模塊、電子化人工巡檢模塊、B/S用戶界面模塊、預警與安全評估模塊、三維漫游展示模塊，其構成如圖1所示。

圖1 軟件構成圖

（3） 數據采集模塊。數據采集模塊基于多線程異步總線式采集技術理念設計開發，實現了多種采集設備的數據采集，以及數據庫數據采集，并對數據進行清洗、解析、計算、處理、存儲等操作，為橋梁監測提供各類基礎數據。

軟件數據采集模塊為2個自啟動的windows 服務程序，沒有用戶界面，當計算機關閉時同步關閉，即不需要用戶的介入就能自動運行和關閉。這種運行方式非常適合在服務器上需要長時間運行的功能。同時由于沒有界面，用戶無法通過簡單的方式更改采集參數或關閉程序，可以保證數據采集的安全性。

（4） 橋梁信息與檔案管理。橋梁信息管理與檔案管理模塊根據《公路橋涵養護規范》（JTG H11—2004）和《公路橋梁養護管理工作制度》最新的信息化要求，建立可實現公路橋梁技術檔案的分類管理，所分類包括前期資料、設計圖紙、竣工文件、維掮資料、檢測報告6種。其存儲的技術檔案資料形式囊括了現有常用格式，如word、CAD、PDF、圖片、視頻等。

（5） 電子化人工巡檢模塊。電子化人工巡檢模塊根據《杭瑞高速洞庭大橋養護手冊》的經常檢查需求進行開發，實現橋梁巡檢信息電子化錄入、巡檢信息查詢、缺損統計、橋梁狀態評估和巡檢報表功能。

電子化人工巡檢模塊主要由兩部分組成：

①移動端人工巡檢APP：用于手持上橋進行巡檢病害信息的無紙化錄入。APP基于Android系統開發，功能包括巡檢考勤記錄、巡檢信息分類記錄、巡檢信息上傳、歷史巡檢數據查詢。巡檢信息錄入支持文字和圖片形式。

②巡檢管理PC端子系統：對巡檢移動終端導入的數據進行分類管理，提供橋梁的技術狀況評定、統計分析、瀏覽查詢、統計報表生成等功能。

（6） B/S用戶界面模塊。B/S用戶界面模塊采用圖形和數據表等方式，展示實時監測數據和歷史監測數據，并將各子系統的應用功能結合成整體，避免用戶在使用各個橋梁健康監測軟件時來回切換。B/S用戶界面模塊功能菜單包括監測總圖、系統概況、視頻監控、環境監測、交通荷載、結構監測、除濕系統、預警報警、人工巡檢、統計報表、大橋檔案、系統管理。

（7） 預警與評估模塊。預警與評估模塊通過對關鍵構件關鍵參數變化的監測，提供報警信號，提醒管養人員關注橋梁運營環境以及結構構件安全狀況，督促其及時進行維保，保障結構安全運行。

①預警模塊。軟件預警分為系統報警與結構預警：系統報警：當系統硬件設備運行失常時，進行系統報警，報警條件如表1所示。

表1 系統報警條件

結構預警：當單項監測數據超過預警閾值時，進行結構預警。單項監測數據來自自動化監測系統，其相應的預警閾值主要依據設計計算值確定，并可隨著系統監測數據的長期積累自動統計分析進行修正。預警分二級預警。

②評估模塊。評估模塊包括技術狀態評定和專項評估：

a. 技術狀況評定模塊基于《公路橋梁養護規范》（JTG H11—2004） 和《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）開發，采用“考慮橋梁各部件權重的綜合評定方法”對人工巡檢結果進行技術狀態評定，并出具評定報告；

b. 專項評估：模塊提供了離線的專項評估工具，橋梁專家可利用評估工具對監測數據進行分析，得出結構評估結論。專項評估包括：荷載校驗系數專項評估、動力特性專項評估、吊索索力專項評估、吊索振動專項評估等。

（8） 三維展示模塊。本模塊可提高可視化描述的準確性和直觀性，為橋梁管理決策提供正確的信息支持。模塊將監測數據與橋梁BIM模型關聯，可在模型中動態顯示橋梁各測點監測數據和交通狀況動態，并可根據巡檢結果在模型上進行病害標記，橋梁病害情況一目了然。模塊還包括3D漫游、結構透明等功能，有結構分組選擇展示、自由視角展示、切換角色展示等多種展示手段。展示示意如圖2所示。

圖2 三維漫游展示

4 結語

杭瑞洞庭大橋健康監測系統軟件是一套功能完善、使用簡便的大跨徑橋梁健康監測系統軟件，其實現了自動監控與人工檢測相結合的橋梁健康狀態管理。本軟件擁有專業預警和結構安全專項評估功能、完善的自動化報表系統，并通過用戶界面、三維視圖實時顯示監測數據，達成系統與用戶的交互。通過該軟件在杭瑞高速洞庭大橋健康監測項目上的應用，橋梁管養人員能直觀了解橋梁健康狀態，對橋梁全生命周期的各方面管理起到了有效指導作用。