RTM系統在橋梁施工中的應用研究

摘要：相比于傳統的監測系統而言，實時監測系統在橋梁工程施工現場中的應用更為普及，具有監測數據采集可靠、存儲容量大、傳輸速度快等諸多優勢。文章研究了橋梁施工現場實時監測系統架構，完成了現場施工的效率對比試驗。

關鍵詞：實時監測;橋梁施工;應用;研究

0 引言

為達到橋梁工程優質、高效、安全的施工目的，不僅要具備完善的、一體化的施工方案，更要有一套成熟的施工監測系統，使施工管理能夠涵蓋人員、設備、物料等各個方面，便于合理掌控施工的質量和進度。隨著我國橋梁工程領域各項技術的不斷發展，現階段已具備較為先進的施工管理系統，以施工現場的實時監測RTM（Real-time Monitoring）系統為例，能夠實現全方位、多角度施工要素的在線監測，保障橋梁工程施工的順利進行[1]。

1 RTM系統結構模型

1.1 模型原理分析

RTM系統以當前領先的底層硬件架構為基礎，包括數據采集、傳感測量、接口轉換、模式識別、數據存儲等技術，并融合頂層高效的數據處理模塊，包括數據分析、數據傳輸、數據顯示等技術。從宏觀上來看，RTM系統理論模型可理解為采集端-客戶端-服務器端-移動端模式架構，如圖1所示。

采集端屬于整個系統最底層的架構，通過互聯網（Internet）與客戶端、服務器端和移動端相連接，可將客戶端、服務器端與移動端統稱為應用終端。該應用終端涵蓋了上述提到的各類數據結構和應用模塊。

1.2 系統應用領域

RTM系統的應用范圍比較廣泛，以橋梁工程的施工為例，在施工現場的各個環節均有所體現，包括施工人員位置信息、技能水平、施工物料擺放信息及調用情況、施工設備使用情況等。此外，實時監測在橋梁工程的施工進度和質量管理方面也有較為深入的應用。本文重點研究橋梁施工現場的RTM系統，對施工現場RTM系統硬件布置和系統構建進行深入研究[2]。RTM系統在橋梁工程施工領域中的應用范圍如表1所示。

2 橋梁施工RTM系統構建

2.1 系統架構闡述

在橋梁工程的各施工環節中，現場施工為主要部分，包括橋梁的預制件、各類模件等，施工現場的技術人員、施工物料和施工設備比較龐雜，須對施工現場進行合理、有序的統籌管理，因此，搭建橋梁施工現場實時監測系統顯得尤為重要。實時監測系統的最終目的是通過對施工現場各類施工信息和相關參數的詳細分析，來合理、及時地調配人員、物料和設備，在保障施工安全的前提下，使施工的效率最大化。橋梁施工現場RTM系統架構如圖2所示。

由圖2可知，橋梁施工現場RTM系統架構主要由以下幾部分組成：數據采集模塊、數據傳感模塊、數據測量模塊、數據清洗模塊、數據篩分模塊、數據存儲平臺、數據分析系統、網絡傳輸系統、接口轉換系統和實時監測大屏。數據采集模塊集成了各類傳感器的探頭和采集器，數據傳感模塊中主要是一些傳感器獲取的數據，是由施工現場溫、濕度傳感器和聲光傳感器等發來的數據信號。數據傳感模塊將施工現場所感測到的數據發送到數據測量模塊，經過初步的數據比對后由數據清洗模塊對數據進行清洗，主要是濾掉數據中的一些干擾信號（去噪），然后由數據篩分模塊進行分類，分為音頻、視頻和文本類施工數據，音頻、視頻數據主要由施工現場攝像頭和錄音卡采集，而文本數據多由施工技術人員交接班時人工記錄（技術交底），包括當日實際的施工情況、人員交接和工器具使用等，最終傳輸至管理后臺的實時監測大屏進行集中顯示，供施工管理人員詳細掌握現場具體情況，進行實時監測和調度。

2.2 數據支持體系

上述系統中各個組件和模塊可作為整個監測系統中的執行部分，即左側陣列，而右側陣列為監測系統的保障部分，負責系統底層架構的部署和相關應用，包括數據的存儲、分析、傳輸、轉換等。具體來說數據存儲平臺存有橋梁施工現場獲取的各類施工數據，包括大量的備份數據，因此，數據存儲平臺的容量應足夠大以滿足大數據量存儲的要求。根據相關橋梁工程施工的歷史經驗數據可知，部署20 TB左右的硬盤（磁盤陣列）可滿足一年的數據存放需求，包括多個工程和項目的施工現場數據存放。各施工監測部門可單獨部署大容量硬盤（建議為固態硬盤），也可依據實際情況購買云服務器資源。固態硬盤容量及存放數據類型如表2所示。

2.3 云端系統模式

云端系統架構如圖3所示。各施工單位依托云服務器租用模式，將企業各類數據存放到云端，按需購買容量，依據實際的工期計劃按需使用。這種由代理商組建的云服務器租用模式，在一定程度上節約了施工企業的辦公用地，且廉價的租用協議也可使橋梁工程的施工成本降低。鑒于目前云服務相關安全性等因素的考慮，不建議施工企業將比較重要和敏感的數據在云上存儲，如供應商信息、成本預算、支出和財務報表等。

2.4 系統架構優勢

橋梁施工現場RTM系統架構對于現場的各類施工環境能夠完整展示，利用高精度的數據采集裝置和靈敏的數據傳輸及轉換設備，能夠實現各種圖形和畫面的不失幀展現。橋梁施工現場RTM系統架構主要有以下幾方面的優勢：

2.4.1 監測數據采集可靠、全面

通過部署在橋梁施工現場的大量高精度傳感器，能夠獲取真實、可靠的施工現場情況。例如在橋體結構的多個銜接部位布置角度和位移傳感器，能夠及時獲取橋梁在施工過程中的振動數據和位置偏移數據，便于施工監理人員及時發現施工過程中的安全隱患和不符合工藝標準要求的違規操作。

2.4.2 監測數據存儲空間大

施工單位通過安裝磁盤陣列或使用云服務器的方式都可以實現大容量現場施工數據的存儲，結合云服務器特有的穩定系統架構，如Linux等操作系統，可實現全年正常運轉而不宕機，保障了監測系統的穩定運行。相比于傳統頻繁更換存儲磁盤的監測方式，實時監測系統具有更高的系統可用性和更大的數據存儲空間，節省了施工數據導入和導出的流程，在某種程度上提高了橋梁施工監測的效率。

2.4.3 監測數據傳輸速度快

橋梁施工現場的網絡系統通常具有一些不確定因素，例如新建的橋梁工程現場多數沒有安裝網絡機房，施工企業可自行組網，如構建臨時的無線局域網，或依托4G網絡制式搭建網絡及傳輸系統。通過調研分析可知，當前4G網絡的傳輸速率完全可以滿足橋梁現場施工的各類監測數據的傳輸需求。隨著個別地區大型橋梁工程的試點和建設，未來將有望實現5G寬帶的整體部署和應用，使橋梁工程的施工效率進一步提升。

2.4.4 監測圖像不失幀

畫面的清晰度和數據的真實性是客觀評價橋梁施工現場實時監測系統性能優劣的主要指標，其中系統中的數據轉換、清洗及篩分模塊能夠有效屏蔽施工現場的多余、干擾信號以及其他非施工現場產生的噪音，條件允許的施工企業可采用LED高精度點陣拼接成的監測大屏，使展現的施工現場畫質更加清晰、穩定。另外，選用LCD還是LED面板來構成集成顯示大屏也是近年來各企業爭議的焦點，應綜合權衡用電量、清晰度和使用壽命等因素進行分析、比對[3-4]。實時監測系統與傳統監測系統優勢對比分析如表3所示。

3 工程應用與試驗分析

3.1 施工效率對比試驗

以廣西貴港某跨江大橋的現場施工為例，進行RTM系統應用前后施工效率的對比試驗。試驗中選取了橋梁樁基施工和懸臂施工兩部分的重要參數，其中橋梁樁基部分的施工周期計劃為30 d，而懸臂部分的施工周期計劃為20 d。未應用在線監測系統時，兩部分施工完成的時間分別是25 d和20 d，其中橋梁樁基部分的施工提前5 d完成，而懸臂部分的施工按計劃時間完成[5]。實時監測系統應用前后現場施工效率對比分析如圖4所示。

3.2 試驗結果分析

由圖4中施工現場效率對比試驗數據分析可知，應用RTM系統后，橋梁施工現場樁基部分完成施工的時間為20 d，相比于傳統施工監測系統提前5 d，相比于施工計劃要求提前10 d，懸臂施工部分的施工周期則比施工計劃要求提前5 d。可見，在應用RTM系統后，無論是橋梁樁基施工還是懸臂施工的效率均有所提高，達到了RTM系統在施工現場應用的預期效果[6]。

4 結語

監測系統作為橋梁工程施工中的重要組成部分，對于施工質量、效率和安全性具有重要影響。本文闡述了RTM系統的理論模型，分析了RTM系統在工程應用中所具備的各種優勢，搭建了橋梁施工現場RTM系統架構，以橋梁施工現場的樁基和懸臂施工為例，完成了RTM系統應用前后的現場施工效率對比試驗，證明了該系統架構的工程應用前景。

[1]顧營迎.基于振弦式傳感器的鋼構建筑監測預警系統的設計[D].天津：天津大學，2009.

[2]王 雪.無線傳感網絡測量系統[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]楊 娟.大型橋梁基于預埋表貼傳感的全壽命應力監測與安全評價模式[D].重慶：重慶交通大學，2010.

[4]吳 明.大跨橋梁監測技術淺析[J].工程建設與設計，2008，53（8）：53-55.

[5]歐進萍，周 智，武湛君，等.黑龍江呼蘭河大橋的光纖光柵智能監測技術[J].土木工程學報，2004，37（1）：45-49，64.

[6]邱法維，杜文博，錢稼茹，等.虎門大橋應變監測數據處理系統設計[J].橋梁建設，2003（2）：66-69.

作者簡介：[ZK（]胡本毅（1987—），工程師，主要從事公路橋梁施工與管理工作。