高速鐵路跨海特大橋綜合監測及運維管理平臺方案

李俊剛，樊 艷，李可佳，崔麗莉

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308）

1 相關監測、檢測系統設置概況

1.1 工務專業相關監測、檢測系統

1.1.1 橋梁健康監測系統

為實現橋梁全生命周期內各項數據的管理和橋梁狀態的實時評估，超長跨海大橋設置橋梁健康監測系統，該系統由傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據處理與控制子系統等構成，對橋梁周圍環境、橋梁溫度、結構位移、形變、應力等信息進行實時采集，為橋梁主體結構運營維護提供輔助，如圖1所示。

圖1 橋梁健康監測系統構成Fig.1 Bridge health monitoring system structure

1.1.2 無砟軌道及鋼軌伸縮調節器監測系統

為對超長跨海大橋軌道及伸縮調節器進行監測，設置無砟軌道及鋼軌伸縮調節器監測系統（以下簡稱軌道監測系統），為高速鐵路安全運營提供理論支撐和技術保障。

軌道監測系統包含3大子系統：數據測量子系統，數據采集傳輸子系統及數據管理分析子系統。系統組成如圖2所示。

圖2 軌道監測系統架構Fig.2 Track monitoring system architecture

1.2 四電專業相關監測、運維管理系統

四電相關專業一般搭建各專業監測、運維管理系統，覆蓋包括跨海大橋在內的全線范圍。

1）電氣化輔助監控系統

電氣化輔助監控系統通過通信網絡連接現場智能傳感設備，實現所亭的視頻監控及巡檢、紅外測溫、環境監測、安全防范、火災報警、動力/照明監控及聯動控制、27.5 kV電纜監測、SF6氣體監測等功能于一體的安全監視和智能控制功能。

電氣化輔助監控系統由路局級系統、現場級系統構成。跨海大橋分區所內現場級輔助監控系統經通信數據網通道接入調度所內路局級系統。

2）電力遠動系統

電力遠動系統可實現對電力供電系統各高、低壓設備的運行狀態進行遙信、遙測、遙控、遙調、遙視（納入綜合視頻）及調度管理等功能。

電力遠動系統由設在路局調度所內的控制站和設在各個配電所、變電所、箱變的被控站以及遠動通道構成。

3）信號集中監測系統

信號集中監測系統主要是對CTC/TDCS、電源屏、車站列控中心、軌道電路、計算機聯鎖、安全數據網絡、轉轍機、道岔、信號機以及信號電纜回線進行監測和采集，將模擬量信息、開關量信息、狀態信息、報警信息傳送至集中監測系統，實現對信號設備的集中監測和遠程診斷。

信號集中監測系統為4層結構，包括中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）監測子系統、鐵路局電務監測子系統、電務段監測子系統和車站監測網。

4）綜合視頻監控系統

全線設置綜合視頻監控系統，由視頻節點、匯聚節點、采集節點及前端設備組成。跨海大橋作為特殊工點，考慮在橋面關鍵位置增設采集點設備。

5）風、雨、雪及異物侵限監測系統

自然災害及異物侵限監測系統由路局級、現場級兩級系統構成，跨海大橋區段，主要對列車運行環境風速風向、雨量、雪深等進行監測。

6）電源及設備房屋環境監控系統

全線設置電源及設備房屋環境監控系統，系統由中心級、現場級兩級系統構成，對全線通信、信號、信息機房內電源設備運行狀態及機房環境進行監控。

2 綜合監測及運維管理平臺必要性分析

針對超長跨海大橋與陸地段工程較大的差異性，各專業結合自身運營維護需求設置了相對獨立的監測系統。對超長跨海大橋區段內各專業設備設施服役狀態、運行環境、列車行車環境等諸多數據進行采集，為運營維護人員日常巡檢作業提供有力的支撐。但各監測系統垂直的煙囪式架構使各系統間數據互通、共享存在一定不足，對綜合評價跨海大橋鐵路設施服役狀態支撐不夠。現就各專業設置的相關監測系統設置情況及方案進行綜合分析，討論搭建綜合監測及運維管理平臺的必要性。

2.1 監測數據互通需求

工務、電務、供電等多專業鐵路系統設備、設施作為有機整體，在服務列車安全運行的需求下，均發揮著重要的作用。且各系統設備、設施間，也存在著密不可分的關系，各監控系統間存在一定的系統聯動和數據互通的需求。

超長跨海大橋橋體除為列車通行提供兩岸連接功能外，還為軌道、電務、供電等設備設施提供承載、安裝條件，是軌道及四電設施正常服役的基礎。為滿足四電相關系統正常運行要求，在跨杭州灣特大橋海中平臺部署通信基站、信號中繼站、電氣化所亭等四電房屋，且軌道、接觸網、無線通信現場設備、視頻監控現場設備及電力箱變均依托橋面或墩頂平臺設置，橋梁處于何種服役狀態，對多專業設備設施運行及服役均存在一定影響。因此，橋梁健康監測系統相關監測數據要與各相關專業監測系統進行互通，為其他系統設備設施監測狀態提供前置性支撐依據。對于通信、信號、變電等在超長跨海大橋區段有部署設備房屋的專業，橋梁服役狀態應作為機房運行環境重要組成部分；對于在橋面、墩頂平臺部署的軌道、通信、接觸網、電力等專業，橋梁健康監測系統對橋梁服役狀態提供監測數據，也可為運營養護及日常巡檢提供一定的幫助。

2.2 監測系統技術方案趨同

通過對各專業所設監測、檢測系統技術方案進行分析，可以看出，部分專業監測系統技術架構方案趨同，均采用現場監測設備（傳感器）、傳輸單元、系統平臺的方案搭建相關監測系統。隨著目前技術的發展趨勢，在技術條件成熟的情況下，可考慮部分監測系統間的橫向整合，統籌考慮部分監測系統的建設。

從系統平臺角度考慮，將部分有互聯互通需求、技術架構差異性不大的系統平臺適當整合，搭建統一的平臺系統，有利于平臺計算、存儲、網絡資源的共建共享，結合系統運行情況，更有利于資源的優化配置。搭建綜合監測系統平臺，在綜合提升監測系統數據量的前提下，進一步提升數據冗余可靠性。可通過相關數據校核、分析及優化等數據處理，為運營維護人員提供更加全面的數據統計、運營維護建議、巡檢計劃生成等功能。并為使用人員提供統一的、更加全面的界面展示。

此外，超長跨海大橋橋面資源緊張，若各專業分別敷設各監測系統所需傳輸光電纜及供電電纜，不利于電纜槽道、光電纜等資源統籌規劃。對部分監測、檢測系統進行集成或整合，統籌規劃現場監測設備組網、供電等方案，對橋面綜合電纜槽的高效利用及光電纜統籌布防，均能起到積極作用，且將降低現場設備及纜線運營維護難度。

在2017年結束之前，我們去了很多不同的火鍋店消費，評頭論足著每一家的優缺點，順便攝影。雖然離住家很近，不知不覺路過的機會也很高，而我再三猶豫，還是毅然決然的，放棄走入西瓜甜點涮涮鍋店內消費。

2.3 運營維護管理需求

構建統一的橋梁監測平臺契合國鐵集團綜合運維的需求。高速鐵路檢修維護作業多在夜間天窗時間進行，作業時間短，加之超長跨海大橋作為特殊區段，不具備陸地段便利的地面交通條件，存在運維人員往返現場耗時長的不利因素，這對傳統的單專業獨立運維作業模式提出了考驗。因此，有必要通過綜合監測及運維管理平臺優化維護作業組織模式，深化各維護單位統籌協作，整合多專業維護檢修作業任務，提高單次現場檢修效率。

綜上所述，建設針對跨海特大橋的多專業共建共享、數據互聯互通的綜合監測及運維管理平臺設置是有必要的。

3 平臺搭建方案探究

3.1 系統集成及互聯需求分析

橋梁健康監測系統、軌道監測系統等目前尚無成型的建設標準和技術標準，以通蘇嘉甬鐵路為例，其應用主要針對跨海特大橋。

四電相關監測、檢測系統均有成熟的建設標準及技術條件，有完善的產業鏈及普遍的工程實施經驗。上述系統一般按線路各自獨立構建完整系統，為全線的運營管理提供服務。

綜合系統成熟性、應用范圍分析，橋梁健康監測系統、軌道監測系統應用僅為特大橋服務，且橋梁健康監測系統相關監測數據對于其他監測系統而言，存在一定前置性，因此可采用將橋梁健康監測系統、軌道監測系統與綜合監測及運維管理平臺集成的方案；四電相關監控系統技術標準完善、系統應用成熟且為全線服務，宜采用與綜合監測及運維管理平臺互聯的方案。

3.2 平臺架構探究

根據前述分析，電監測系統按照與橋梁綜合監測及運維管理平臺互聯考慮，工務類橋梁健康監測系統及軌道監測系統集成于平臺考慮，部分系統集成于平臺架構方案如圖3所示。

圖3 部分系統集成于平臺架構方案Fig.3 Architecture scheme of some systems integrated on platform

橋梁綜合監測及運維管理平臺主要由信息處理平臺、監控單元、現場采集單元、監測終端、管理終端、系統網絡等構成。其中，監控單元、現場采集單元、各子系統管理終端、現場數據傳輸網絡由各子系統分別設置，信息處理平臺、監控終端、管理終端及核心網絡設備由橋梁綜合監測及運維管理平臺統一設置。

信息處理平臺負責數據的集中計算、存儲、分析。同時還負責平臺與其他系統之間的數據交互。

2）監測終端

監測終端作為綜合監測與維護平臺與運營維護人員之間的交互界面，主要負責對信息處理平臺數據分析結果的呈現；對監控的現場數據的直接呈現；向運營維護人員提供狀態告警信息。

3）業務管理終端

業務管理終端主要負責向運營維護人員提供綜合監測及維護平臺設備的運行狀態、網絡狀態提供呈現和告警。

4）系統網絡

系統網絡負責實現處理中心至監控單元之間、監控單元至現場采集單元以及處理中心至監控終端之間的數據傳輸，還包括與平臺互聯的各監測系統與平臺間數據傳輸。

4 總結

隨著國內高速鐵路網絡不斷拓展，越來越多的跨海高速鐵路橋梁正在建設或規劃建設中。然而，針對跨海鐵路大橋的運營維護，仍需積累更多的經驗，并且對鐵路裝備進一步升級，提高運營維護水平。綜合監測及運營維護管理平臺是綜合超長跨海大橋特殊工點運營維護，結合高速鐵路相關監測系統建設現狀，對提高跨海大橋運營維護水平的探究。隨著越來越多的跨海大橋投入使用、服役時間的不斷累計、科學技術水平不斷提升，國內高速鐵路運維管理水平將再上新臺階。