山區(qū)橋梁監(jiān)測(cè)預(yù)警的探索與實(shí)踐

策劃|本刊記者 楊燕

文|四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 鄺靖 張二華 吳滌

我國(guó)西南山區(qū)地形地貌復(fù)雜多變、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、地殼活動(dòng)活躍、地形起伏巨大，加之水系庫區(qū)密布和惡劣氣候條件影響，給山區(qū)公路橋梁建養(yǎng)和路網(wǎng)安全暢通運(yùn)營(yíng)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?；诖耍跇蛄猴L(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)方面，除了關(guān)注橋梁結(jié)構(gòu)自身健康狀態(tài)所引起的運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)之外，云南、貴州、四川等省份還需疊加關(guān)注橋梁所處的環(huán)境和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

目前，我國(guó)已構(gòu)建橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的橋梁類型主要為特大跨徑橋梁。其中，長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、沿長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的大跨度橋梁和特殊橋梁普遍安裝了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；西南地區(qū)多數(shù)大跨徑橋梁也均構(gòu)建了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但反觀當(dāng)前的山區(qū)橋梁監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估系統(tǒng)仍存在著構(gòu)建不充分、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、應(yīng)用不深入、維護(hù)不到位、監(jiān)管未成網(wǎng)、數(shù)據(jù)未共享等主要問題。

為此，本文分析了現(xiàn)階段山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估技術(shù)的發(fā)展瓶頸、解決方案、實(shí)施效果等，以期為行業(yè)提供參考。

現(xiàn)階段的發(fā)展瓶頸是什么

目前，監(jiān)測(cè)我國(guó)山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能感知技術(shù)進(jìn)步顯著，數(shù)據(jù)規(guī)模、質(zhì)量大幅提升，但尚處于發(fā)展期的山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估技術(shù)，仍存在成本之“重”、預(yù)警之“誤”、評(píng)估之“惑”等發(fā)展瓶頸。

近年來，工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域開始采用現(xiàn)代化傳感、數(shù)采和通信等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，將橋隧結(jié)構(gòu)響應(yīng)參數(shù)和周邊環(huán)境變化參數(shù)等指標(biāo)轉(zhuǎn)換為可量測(cè)、可判讀的信息化數(shù)據(jù)，再利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等信息處理技術(shù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警信號(hào)和科學(xué)可靠的評(píng)估結(jié)論?；诖?，新興的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)采集基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)環(huán)境條件和響應(yīng)等數(shù)據(jù)變化，再根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)及時(shí)的安全預(yù)警和科學(xué)的安全評(píng)估,為其安全運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)維修決策提供技術(shù)支撐。

推廣公路橋梁結(jié)構(gòu)健康和安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、完善路網(wǎng)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)預(yù)警體系是推進(jìn)公路養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)型、加快構(gòu)建現(xiàn)代公路養(yǎng)護(hù)管理體系的重要舉措，同時(shí)也是強(qiáng)化公路安全運(yùn)營(yíng)動(dòng)態(tài)監(jiān)管、健全風(fēng)險(xiǎn)防范化解機(jī)制、防范突發(fā)安全事故的迫切需要。

成本之“重”

公路基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化和智能化監(jiān)測(cè)預(yù)警已逐漸成為解決山區(qū)公路橋隧結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)防控的有效技術(shù)途徑。其中，四川建議將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分成三類，即綜合集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、特定目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這標(biāo)志著我國(guó)山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的智能感知技術(shù)顯著進(jìn)步，但尚處于發(fā)展期的山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估技術(shù)，仍存在著構(gòu)建不充分、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、應(yīng)用不深入、維護(hù)不到位、監(jiān)管未成網(wǎng)、數(shù)據(jù)未共享等主要問題。

成本之“重”

目前，針對(duì)不同山區(qū)公路橋梁的工程特點(diǎn)、自然環(huán)境和運(yùn)行條件，在選取相對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法、技術(shù)及指標(biāo)時(shí)，公路交通行業(yè)內(nèi)尚未建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系，導(dǎo)致安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)質(zhì)量參差不齊，系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)維成本不合理，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與多災(zāi)害耦合監(jiān)測(cè)之間顧此失彼，從而制約了其在行業(yè)內(nèi)的推廣普及。

預(yù)警之“誤”

一方面，因行業(yè)內(nèi)不同領(lǐng)域間的數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)壁壘未打破，深層次、專業(yè)性的數(shù)據(jù)挖掘分析不能普及服務(wù)于不同領(lǐng)域、不同群體、不同場(chǎng)景之中，導(dǎo)致橋梁監(jiān)測(cè)的預(yù)警可靠性難以保證。另一方面，目前的橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多基于單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置閾值，其單點(diǎn)數(shù)據(jù)異常即表明橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)異常。在野外復(fù)雜運(yùn)營(yíng)環(huán)境下，噪聲干擾、環(huán)境干擾，以及電磁干擾等因素，均可導(dǎo)致傳感器采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)奇異點(diǎn)，造成監(jiān)測(cè)預(yù)警虛報(bào)、誤報(bào)率較高，預(yù)警可靠性較低。

預(yù)警之“誤”

評(píng)估之“惑”

安全風(fēng)險(xiǎn)管理行業(yè)的新需求

目前山區(qū)公路橋隧結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的理念和體系正逐漸由低級(jí)走向高級(jí)、由簡(jiǎn)單走向復(fù)雜。在現(xiàn)代山區(qū)公路橋隧結(jié)構(gòu)安全管理中，引入風(fēng)險(xiǎn)管理的理論和方法，并按照“事前全面預(yù)防、事中有效控制、事后有效處置”的順序，建立全過程安全管理措施體系，是山區(qū)公路橋梁、隧道、邊坡工程開展集群化和信息化管理的新需求。

一方面，橋梁監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建不充分，僅少數(shù)重點(diǎn)山區(qū)公路橋梁建設(shè)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，且未充分發(fā)揮其系統(tǒng)作用；另一方面，在公路交通行業(yè)，雖然通過橋梁檢測(cè)技術(shù)評(píng)定橋梁技術(shù)狀態(tài)，再根據(jù)橋梁技術(shù)狀態(tài)等級(jí)評(píng)定結(jié)果，制定對(duì)應(yīng)養(yǎng)護(hù)維修處置策略的檢測(cè)方式已較為成熟，但由于橋梁監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)尚處于發(fā)展期，監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)、安全評(píng)估與養(yǎng)護(hù)維修策略尚未形成統(tǒng)一閉環(huán)，導(dǎo)致安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用不深，尚未完全發(fā)揮其實(shí)效。

表1 橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀態(tài)評(píng)定頻率

完善監(jiān)測(cè)預(yù)警體系已成為四川重點(diǎn)工作

作為全國(guó)自然災(zāi)害發(fā)生最頻繁，受災(zāi)最嚴(yán)重的省份之一，“十四五”期間，四川就將“提升交通防災(zāi)減災(zāi)體系韌性”作為交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)任務(wù)之一，其中“完善監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，創(chuàng)新應(yīng)急處置機(jī)制”是重要的工作內(nèi)容。具體要求涵蓋：普及對(duì)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和隱患點(diǎn)的排查、辨識(shí)和評(píng)估；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)路段的地質(zhì)及氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，以及橋隧等特殊構(gòu)造物的健康狀況；強(qiáng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)分析，并有效利用于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提前報(bào)警和結(jié)構(gòu)健康狀況精準(zhǔn)預(yù)警；加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警與路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的對(duì)接聯(lián)動(dòng)，推動(dòng)建立公路交通設(shè)施和路域?yàn)?zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警體系；完善風(fēng)險(xiǎn)普查辨識(shí)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置保障、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理的新型閉環(huán)治理機(jī)制和配套制度。最終達(dá)到有效防范化解路網(wǎng)區(qū)域性重大風(fēng)險(xiǎn)，提升路網(wǎng)防災(zāi)減災(zāi)體系韌性的總體目標(biāo)。

雅康高速瀘定大渡河大橋

解決發(fā)展瓶頸的新技術(shù)有哪些

針對(duì)山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估技術(shù)面臨的發(fā)展瓶頸，筆者團(tuán)隊(duì)梳理了解決山區(qū)公路工程安全監(jiān)測(cè)新挑戰(zhàn)的一整套技術(shù)解決方案，即山區(qū)公路網(wǎng)工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法、面向云服務(wù)的山區(qū)公路工程結(jié)構(gòu)集群化安全監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)、地理信息模型和結(jié)構(gòu)信息模型輔助的數(shù)據(jù)分析和預(yù)警評(píng)估方法、安全預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制+安全評(píng)估與養(yǎng)管決策支持機(jī)制，并基于此，研發(fā)了“基于GIS+BIM+AIOT數(shù)據(jù)平臺(tái)的工程結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)云”。

安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)與優(yōu)化

山區(qū)公路網(wǎng)工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)和優(yōu)化方法，是在工程結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，根據(jù)山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)程度與監(jiān)測(cè)需求，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為不同類別后，再設(shè)計(jì)安全監(jiān)測(cè)體系。

通過安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)與優(yōu)化降低建設(shè)運(yùn)維成本

山區(qū)公路橋梁監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)方案

A類綜合集成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：以橋梁結(jié)構(gòu)整體安全為目的，同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)目標(biāo)或多種項(xiàng)目的綜合集成的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

B類特定目標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：針對(duì)某一項(xiàng)或幾項(xiàng)特定的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)，而專門實(shí)施的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

C類應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：針對(duì)應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)或特殊監(jiān)測(cè)目標(biāo)，而臨時(shí)實(shí)施的短期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

通過采用山區(qū)公路工程安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，可在工程結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選取和監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)損失大、發(fā)生概率高或?qū)斏鲜录匾韵禂?shù)高的風(fēng)險(xiǎn)事件；可在保障公路運(yùn)營(yíng)安全的基礎(chǔ)上，盡量減少監(jiān)測(cè)指標(biāo)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不僅降低了系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)維成本，而且縮短了建設(shè)工期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用此方法，系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)降低約20%，相應(yīng)的系統(tǒng)建設(shè)工期同比減少約15%。

表2 橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)需求和策略

集群化安全監(jiān)測(cè)云平臺(tái)

山區(qū)橋梁是保障公路網(wǎng)暢通的咽喉要道，尤其當(dāng)受力復(fù)雜、規(guī)模龐大的工程結(jié)構(gòu)發(fā)生垮塌，會(huì)給道路搶通造成極大困難，甚至使整條線路中斷。因此，在面對(duì)山區(qū)公路工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的新挑戰(zhàn)時(shí)，應(yīng)基于面向多用戶云服務(wù)需求，建立安全可靠、性能先進(jìn)、兼容異構(gòu)設(shè)備和協(xié)議、升級(jí)擴(kuò)展方便的數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)軟件架構(gòu)與硬件搭建方案；基于MQTT協(xié)議，開發(fā)適用于公路設(shè)施安全監(jiān)測(cè)的物聯(lián)網(wǎng)通信應(yīng)用模塊，支持傳感器與服務(wù)器之間的高并發(fā)雙向通信和遠(yuǎn)程控制；基于HTTPS協(xié)議開發(fā)用戶和第三方系統(tǒng)訪問通信模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在異構(gòu)系統(tǒng)之間的路由轉(zhuǎn)發(fā)，支持不同權(quán)限用戶的遠(yuǎn)程訪問；針對(duì)橋、隧、地災(zāi)、路面等不同專業(yè)開發(fā)具體的業(yè)務(wù)規(guī)則引擎，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分類存儲(chǔ)、計(jì)算、預(yù)警和展示等功能；制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)通信訪問規(guī)則和統(tǒng)一的程序功能接口，以便跨專業(yè)的各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及第三方外部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠快速接入和集成到數(shù)據(jù)平臺(tái)。

采用集群化安全監(jiān)測(cè)云平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)山區(qū)公路區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)跨項(xiàng)目、跨專業(yè)的工程結(jié)構(gòu)集群化安全監(jiān)測(cè)，以及信息化管理功能。

數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測(cè)預(yù)警專業(yè)規(guī)則鏈

面向云服務(wù)需求的山區(qū)高速公路工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)技術(shù)框圖

數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測(cè)預(yù)警專業(yè)規(guī)則鏈

基于單傳感器閾值的預(yù)警方法，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)率較高，降低了安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可信度。針對(duì)這些問題，應(yīng)以交通系統(tǒng)可靠性、最優(yōu)決策及風(fēng)險(xiǎn)管理理論為基礎(chǔ)，運(yùn)用信息論、大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和關(guān)聯(lián)分析等先進(jìn)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘方法，建立以結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征值為核心的山區(qū)公路工程結(jié)構(gòu)安全預(yù)警機(jī)制。

其中，以“BIM+GIS”技術(shù)為例，通過該技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)山區(qū)公路區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)集群化工程結(jié)構(gòu)、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、地理空間信息與結(jié)構(gòu)空間信息的融合；結(jié)構(gòu)和設(shè)備狀態(tài)的快速查詢、定位和綜合展示，突破了傳統(tǒng)里程定位模式的效率瓶頸；利用在線數(shù)據(jù)清洗、分析算法，有機(jī)融合在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地理空間信息和結(jié)構(gòu)空間信息，構(gòu)建了關(guān)聯(lián)分析和設(shè)備故障研判底層數(shù)學(xué)模型。

監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制疊加安全評(píng)估與養(yǎng)管決策支持機(jī)制

結(jié)合行業(yè)主管部門應(yīng)急管理策略，基于橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)分級(jí)預(yù)警架構(gòu)，建立以結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征值為核心的山區(qū)公路工程結(jié)構(gòu)安全預(yù)警機(jī)制和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制；同時(shí)建立人工檢查與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)互補(bǔ)的安全評(píng)估方法和運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)策略。

安全預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)流程圖

橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)（健康度）評(píng)估頻率（推薦）

通過實(shí)施以狀態(tài)特征值為核心的山區(qū)公路工程結(jié)構(gòu)安全預(yù)警機(jī)制和應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制、人工檢查與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)互補(bǔ)的安全評(píng)估方法和運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)策略，為山區(qū)公路工程結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)、快速預(yù)警和養(yǎng)管決策提供支持。

山區(qū)公路結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系和平臺(tái)建設(shè)的五個(gè)問題

目前，我國(guó)山區(qū)公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)估技術(shù)雖然取得了一定成果，但是對(duì)比交通運(yùn)輸部《公路長(zhǎng)大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施方案》要求，山區(qū)公路結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系和平臺(tái)建設(shè)還存在諸多問題。

問題一：針對(duì)山區(qū)公路的工程特點(diǎn)、自然環(huán)境和運(yùn)行條件，如何科學(xué)合理地選取監(jiān)測(cè)指標(biāo)，強(qiáng)化對(duì)地災(zāi)、洪水等自然災(zāi)害引發(fā)的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)。

問題二：針對(duì)異構(gòu)系統(tǒng)兼容性差、數(shù)據(jù)和信息交互不暢的問題，如何統(tǒng)一監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)與行業(yè)監(jiān)管平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互接口和編碼規(guī)約。

問題三：針對(duì)行業(yè)內(nèi)“重監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、輕分析評(píng)估”的現(xiàn)狀，如何從應(yīng)急響應(yīng)和養(yǎng)管決策的需求出發(fā)補(bǔ)充完善相關(guān)技術(shù)要求，強(qiáng)調(diào)安全預(yù)警和評(píng)估的重要性，并加強(qiáng)系統(tǒng)長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行的績(jī)效評(píng)估。

問題四：針對(duì)行業(yè)內(nèi)“重系統(tǒng)建設(shè)、輕系統(tǒng)運(yùn)維”的現(xiàn)狀，如何結(jié)合基層養(yǎng)管單位的養(yǎng)護(hù)人員配置和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際情況，鼓勵(lì)采用社會(huì)化服務(wù)采購方式承擔(dān)系統(tǒng)運(yùn)維、安全預(yù)警和評(píng)估等專業(yè)工作，并完善配套技術(shù)要求和管理規(guī)定。

問題五：為貫徹交通運(yùn)輸部要求安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)和人工巡視檢查并行互補(bǔ)，共同為路網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)維修提供決策支持的指導(dǎo)方針，如何補(bǔ)充完善現(xiàn)行公路養(yǎng)護(hù)管理制度的相關(guān)技術(shù)要求和管理規(guī)定。

表3 安全評(píng)估與養(yǎng)管決策支持機(jī)制

新技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用效果怎么樣

截至目前，“基于GIS+BIM+AIOT數(shù)據(jù)平臺(tái)的工程結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)云”已陸續(xù)應(yīng)用于四川雅西、雅康、西攀、仁沐新等10余條高速公路的40多座橋梁、隧道、高危邊坡的安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通過工程實(shí)踐檢驗(yàn)，其安全預(yù)警準(zhǔn)確率超過80%，在應(yīng)急搶險(xiǎn)、維修加固和恢復(fù)重建工程中效果顯著。本文以雅西高速姚河壩大橋、成綿復(fù)線石亭江大橋、仁沐新高速陳橋壩大橋?yàn)槔?，分析了這3座橋梁的主要問題、監(jiān)測(cè)內(nèi)容，以及結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警的效果。

雅西高速姚河壩大橋 為左幅橋盡早開放單幅雙向通行創(chuàng)造條件

2021年9月20日，四川雅西高速姚河壩大橋突發(fā)高位塌方，造成道路中斷。在四川省交通運(yùn)輸廳的統(tǒng)籌安排下，橋梁、地質(zhì)、巖土、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等專業(yè)的12名技術(shù)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)配合開展災(zāi)損調(diào)查、檢測(cè)監(jiān)測(cè)等工作。

在此次搶險(xiǎn)工作中開展智能監(jiān)測(cè)的目的有兩個(gè)，一是保障現(xiàn)場(chǎng)邊坡危巖體清除等施工作業(yè)過程中施工人員和裝備安全，如遇二次災(zāi)害發(fā)生，提前預(yù)警；二是保障左幅橋開放單幅雙向通行后，左幅橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全。

圍繞這兩個(gè)目的，技術(shù)人員首先采用邊坡雷達(dá)和三維激光掃描等新技術(shù)，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)危巖體的變形位移情況，同時(shí)采用拉線式位移計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)坡頂鐵塔周邊地表的變形情況。此外，還智能監(jiān)測(cè)了面臨姚河壩大橋崩塌體正面沖擊風(fēng)險(xiǎn)的左幅橋，主要監(jiān)測(cè)橋墩的傾斜度、梁體的位移情況，以及裂縫寬度的發(fā)展變化等。相關(guān)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)一旦超過預(yù)警值，技術(shù)人員的工程結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)云平臺(tái)就會(huì)自動(dòng)通過短信、微信向現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)布預(yù)警消息，施工作業(yè)人員可提前撤離，現(xiàn)場(chǎng)交通可臨時(shí)管制，以最大限度減少損失。

通過智能監(jiān)測(cè)，為左幅橋盡早開放單幅雙向通行創(chuàng)造了條件，為現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)的施工作業(yè)人員提供了安全保障。

雅西高速姚河壩大橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)

成綿復(fù)線石亭江大橋

成綿復(fù)線石亭江大橋 保障加固處置期間的施工及運(yùn)營(yíng)安全

成綿復(fù)線石亭江大橋?yàn)榭缭绞そ?、地方公路而設(shè)，全橋采用29×30米預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T梁，長(zhǎng)878.1米，其中河堤內(nèi)共12跨，橋梁下部采用鋼筋混凝土雙柱式橋墩，鉆孔摩擦樁基礎(chǔ)，按左、右幅橋分幅設(shè)計(jì)。

石亭江位于龍門山山區(qū)進(jìn)入平原的沖積扇。經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，河流動(dòng)力與河床形成了脆弱的沖淤平衡狀態(tài)，因橋址區(qū)域歷次集中強(qiáng)降雨，造成成綿復(fù)線高速公路石亭江大橋部分樁基在沖刷作用下受損，石亭江大橋河床累計(jì)下切沖刷深度較大，給橋梁自身及運(yùn)營(yíng)均帶來了極大的安全隱患，如不及時(shí)處置，沖深加劇的趨勢(shì)難以避免。2021年，在不中斷交通的情況下，運(yùn)營(yíng)單位處置了石亭江大橋橋墩沖刷、樁基外露等病害。為保障加固處置期間該橋的施工安全及運(yùn)營(yíng)安全，共計(jì)布設(shè)橋墩墩頂傾斜度監(jiān)測(cè)點(diǎn)32個(gè)，橋墩相對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，鋼柱應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)80個(gè)，承臺(tái)傾斜度監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)；此外，為便于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理分析時(shí)消除橋位處溫度變化對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，布設(shè)環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè)。

通過收集及分析監(jiān)測(cè)點(diǎn)、傳感器的數(shù)據(jù)信息，可為全天候結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警、定期結(jié)構(gòu)安全評(píng)估、應(yīng)急安全評(píng)估、應(yīng)急交通管制建議、應(yīng)急搶險(xiǎn)及臨時(shí)加固保通等工作提供基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)支持。

仁沐新高速陳橋壩大橋 通車后的全天候結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警

陳橋壩大橋位于仁沐新高速公路k148+173處，橋梁全長(zhǎng)207米，橋跨布置為4×25米+4×25米，橋面全寬25.5米，左右幅橋梁為分離的獨(dú)立橋梁。上部結(jié)構(gòu)采用25米預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制簡(jiǎn)支T梁，左右幅橋梁橫向各布設(shè)6片T梁，梁高1.75米。下部結(jié)構(gòu)采用雙圓柱式墩臺(tái)樁基礎(chǔ)。

受地下采空區(qū)影響，陳橋壩大橋施工過程中發(fā)現(xiàn)有基礎(chǔ)沉降和局部滑移現(xiàn)象，后對(duì)該橋0#臺(tái)及1#至4#墩實(shí)施了增設(shè)鋼管排架輔助墩等維修加固處治措施。為確保通車后橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全，仁沐公司在該橋的地基整體變位（GNSS）處布設(shè)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)1個(gè)；墩臺(tái)相對(duì)沉降（靜力水準(zhǔn)儀）處布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)16個(gè)，基準(zhǔn)點(diǎn)4個(gè)；墩臺(tái)傾斜度（雙軸傾角計(jì)）處的每個(gè)墩臺(tái)布設(shè)1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全橋共計(jì)18個(gè)；在墩（臺(tái)）與梁間相對(duì)位移（位移計(jì)）處順橋向布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，橫橋向布設(shè)4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。全橋共計(jì)布設(shè)了50余個(gè)（套）傳感器。

仁沐新高速陳橋壩大橋

在此基礎(chǔ)上，“基于GIS+BIM+AIOT數(shù)據(jù)平臺(tái)的工程結(jié)構(gòu)安全智能監(jiān)測(cè)云”可以實(shí)現(xiàn)全天候結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警，通過所收集的數(shù)據(jù)，技術(shù)人員還可以開展定期結(jié)構(gòu)安全評(píng)估、災(zāi)后應(yīng)急安全評(píng)估、預(yù)警后應(yīng)急安全評(píng)估，并為災(zāi)后應(yīng)急交通管制、災(zāi)后應(yīng)急搶險(xiǎn)及臨時(shí)加固保通處置提供建議。

目前，我國(guó)山區(qū)橋梁監(jiān)測(cè)與預(yù)警評(píng)估系統(tǒng)仍存在構(gòu)建不充分、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題。夏成功 攝