智能檢測技術在橋梁施工中的應用

陳思遠

【摘 要】文章分析了智能檢測技術在檢測效率、精度、檢測覆蓋面和檢測費用等方面的優勢，介紹了智能檢測技術的工程應用情況，討論了橋梁施工中智能檢測技術的常用方法，包括施工材料PD檢測、施工設備UL檢測、施工環境危險點SA檢測。結合實際工程案例，研究了基于SVS的橋梁工藝質量檢測技術，對混凝土結構強度、橋面平整度和裂縫、墩臺沉降、構件剛度等相關檢測指標進行了評價。

【關鍵詞】智能檢測;橋梁;施工

【中圖分類號】U445.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）04-0194-03

0 引言

橋梁工程領域施工技術迅速發展，使得施工質量不斷提高，同時大量預制件、成品件等超前施工結構體的批量生產，使得橋梁工程的施工工期逐漸縮短。當今，整個橋梁施工行業無論是在質量規范還是在施工監測等方面都已形成較為嚴格的標準體系，不同地區、不同地質結構的橋梁工程類型都有具體的施工方案和質量保證措施與之相對應，換言之，規模化、標準化、系統化的施工發展模式在某種程度上奠定了橋梁工程的質量基礎，一系列結構強度高、耐磨性能好、工程造價低的施工材料得以廣泛使用，使橋梁的使用年限不斷延長。

合格的施工質量是施工企業長久發展的根基。為不斷提高橋梁工程的施工質量，業內專家和學者們對新技術、新設備及新施工理念的研究在逐步深入，特別是在橋梁施工的檢測領域，展開了富有成效的理論研究和實際應用工作。筆者通過粗略檢索有關橋梁施工方面的文獻后發現，有關橋梁施工檢測技術的文獻占比較大，可見橋梁施工檢測技術在近些年是熱點研究問題，且呈現多學科、多專業技術相互滲透的趨勢。但有關橋梁施工中智能檢測方面的課題研究卻相對較少，或尚未實現大范圍的推廣和應用。隨著5G網絡的迅速普及和光纖通信技術、傳感測量技術、結構仿真技術的不斷優化，橋梁工程施工中智能化檢測技術在逐漸興起，加速了橋梁施工產業的技術變革，為多專業、多技術的進一步融合提供了新的平臺[1]。

1 智能檢測技術的特點

相比傳統的檢測技術，智能檢測技術是一個全新的領域，在工業生產、制造、施工的各個環節都可實現良好的應用，智能檢測技術具有以下特點。

1.1 檢測效率、精度高

智能檢測技術集傳感技術、控制技術、模式識別技術、微處理技術和網絡技術等于一體，具有高精度自反饋的測控單元，嵌入式芯片組可實現對檢測數據的分布式處理，有效篩除了對分析無用的干擾數據，將與橋梁施工有關的工程數據進行高效獲取、處理和反饋，能夠滿足所測即所得的一站式檢測需求，提高了檢測過程的效率和精度，這是常規人工檢測方法所無法實現的。

1.2 檢測覆蓋面全

智能檢測技術不僅在檢測方式上突破了以往人工檢測技術的瓶頸，而且在檢測范圍方面也實現了一次質的飛躍。例如在進行人工檢測過程中，很多施工區域（包括很多危險位置）是檢測人員所無法到達的，運用智能檢測技術，檢測人員不僅可以實現檢測范圍的全覆蓋，對于易于出現遺漏的位置也可由智能檢測設備發出提示，實現了檢測范圍的多角度和全覆蓋。

1.3 檢測費用低

智能檢測設備的核心部分為高精密組件，如芯片、控制器、放大器和智能測控模組等，使得智能化檢測設備本身的費用比較昂貴。相比人工方式檢測，智能化檢測技術省去了人工成本且后續的維護費用很低，僅需較少的零部件更換或維修費用，且多數的智能化檢測設備系統升級是終身免費的，因此智能檢測技術的綜合費用相對較低[2]。

智能檢測技術在當前國內各工程領域均有廣泛應用，如巖土道橋工程、隧道工程、電力工程、冶金工程及航空航天工程等，此外在快遞分揀、物流運輸等行業中也有較多的應用。智能檢測技術依托于當前較為先進的信息化和網絡技術，充分利用并挖掘了存量資源，提高了各生產要素的再利用程度，可極大地提高各類工程的施工質量和施工效率，節省大量的人力支出。以橋梁工程施工為例，智能檢測技術在混凝土結構強度、橋面平整度、墩臺沉降和構件剛度等質量檢測中均有廣泛使用，應用效果達到了預期。

2 智能檢測技術在橋梁施工中的應用

智能檢測技術以其精確的檢測結果、較高的檢測效率和良好的系統兼容性在橋梁工程的施工中得到了充分應用。例如，橋梁施工材料的檢測、施工設備的檢測、施工環境危險點的檢測等。

2.1 施工材料PD檢測

施工材料的質量對橋梁工程結構穩定性、耐久性和安全性具有決定作用，這個部分的質量檢測也是工程施工的重點。施工材料智能電位差（Potential Difference，PD）檢測技術最早由英國建筑材料學家提出，該技術原理是通過多角度測量樣本材料的電位差（導電性能），與標準材料電位差進行對比，判斷該施工材料是否達到標準要求。由于多數施工材料的絕緣性較高，即導電性能較差，因此該方法不是直接將電極加載到材料上進行測量，而是將樣本材料碾碎置于電解液容器中，插入兩根電極。為達到同樣的試驗效果且保證測試人員的安全，應插入兩根電位差在36 V以下的電極，通常是36 V或24 V的直流電壓。注意在此過程施加電壓不能太小，否則由于水中電解質的存在可能無法測出準確的電位差，也不能施加過大的電壓，否則會造成測試人員觸電。

以施加24 V直流電壓為例，觀察材料樣本組成的電解質顆粒在容器中的運動情況，當電解質顆粒靜置后觀察電極兩側的電流表讀數，記錄此數值為該施工材料的電位差數值，與標準材料表中的數值進行對比，電位差在5%以內可以判定該施工材料合格，否則應更換新的施工材料。智能化檢測設備的不斷發展，使該方法在實際的工程應用中不再依托于手動的電極式檢測方式，而是將樣本材料直接放入檢測料斗中，便可實現振搗、碾碎、溶解、調配、加壓和數據獲取全流程功能，還可完成報告打印和數值分析等自動功能。

2.2 施工設備UL檢測

施工設備如果存在損壞、停運、銹蝕或精度不準等情況，將給施工帶來很多不便，情況嚴重時還會危及人身安全。因此，在橋梁施工前應充分做好機械設備的檢測工作。超聲波（Ultrasound，UL）檢測技術起初應用于20世紀30年代美國海軍進行的裝備探測和檢測試驗中，其原理是根據不同設備材料的不同密度來獲取各層級的回聲，聲音在這些設備上的傳播速度不同，且在同一設備的不同位置傳播速度也不同，這其中可能是設備損壞引起的，還可能是設備體密度分布不均所致，將這些情況統歸為設備的異常狀態。UL檢測技術另一種應用方式是基于智能化檢測設備中返回聲波長短來判斷設備的工況是否正常。UL檢測技術在橋梁施工中的應用主要在施工機械和檢測設備上，通過UL檢測技術能夠初步判斷機械或設備是否存在故障等問題，為下一階段進行深入的問題處理指明方向[3]。

2.3 施工環境危險點SA檢測

為確保施工環境的安全，減少施工意外事故的發生，應在施工前對現場的環境進行仔細核對、排查，包括施工過程中隨時可能發生的各類危險情況。人工的環境危險點檢測方式僅能在宏觀上粗略判斷危險的位置及嚴重情況，如橋體結構傾斜、橋面不平整、裂縫、墩臺沉降和構件剛度問題等，但橋梁微觀結構中的各類安全隱患卻無法實現準確和及時的判斷，例如箱梁底板、腹板及頂板強度的細微形變，支座和墩臺內部結構的完整性等。這些位置的危險點需輔以智能檢測技術進行排查。

信號放大（Signal Amplification，SA）檢測技術是基于自動化領域的反饋放大原理而實現的，搭載SA模塊的危險點智能識別裝置通過自動小車行進，SA模塊設有雙頻信號發生器，能夠通過裝置探頭連續發射高頻率檢測信號，這些高頻率檢測信號穿過橋梁構件等受檢體再返回到裝置信號搜集板中，信號搜集板晶體放大器將反饋信號進行放大后傳輸到中央微處理器進行分析和處理，在此之前還需要將信號進行模式轉換，從橋梁構件受檢體傳回的是一些模擬信號，表示橋梁實際的結構狀態和危險系數，需經模數轉換（模擬信號—數字信號）后才能由處理器進行處理，之后將部分異常信號進行篩選、匯總及上報，而對于發出這些異常信號的橋體部位，其結構中極有可能已發生各類問題和安全隱患，可視為橋梁施工過程中的危險點，需加以預防并及時處理。

3 SVS智能檢測技術在橋梁工藝質量中的應用

3.1 工程總體情況

廣西梧州潯江2#大橋由于使用年限已久需要進行局部加固處理，計劃施工期為90 d，在完成加固處理后需要對該橋整體結構進行質量檢測，包括混凝土強度、路面平整度、裂縫、墩臺沉降值及構件剛度指標等方面，考慮到工程實際情況、施工材料參數和質量檢測工藝的可行性等，計劃將SVS智能化技術應用到該橋梁的工藝質量檢測中，以實現對該橋梁加固后的全面質量檢測，完成全部質量檢測內容的工期控制在10 d左右。

3.2 SVS智能檢測理論分析

結構虛擬仿真（Structural Virtual Simulation，SVS）技術是近些年發展起來的一項專用于工程結構模擬與研究的新型技術。該技術以圖像識別核心算法為基礎，以工程施工數據分布式處理模式為框架，有效集成了虛擬現實與仿真建模的各項優勢，根據各類施工場景進行三維建模。本工程實例中模型范圍是橋梁施工部分，可從后臺數據庫中直接進行模型調用，由工程設計方案中有關橋梁的實際參數來修改各橋梁結構體模型組件的長度、寬度及厚度等屬性，最終將建好的橋梁實例三維模型在控制面板集中展示。當SVS智能檢測設備在控制軌道上行進到橋梁相應的部位時，系統會自動識別出形狀并將模型進行展示，檢測人員點擊“確認”后畫面會自動彈出橋梁結構中質量合格與不合格的位置，供現場施工技術人員參考。

3.3 SVS技術在橋梁工藝質量檢測中的應用

3.3.1 混凝土結構強度檢測

在完成橋體局部加固施工且混凝土強度達到施工養護的天數（28 d）要求后，可進行混凝土結構強度的檢測工作。將混凝土取樣（10份）分次放入SVS智能檢測裝置料斗中，大約3 min能完成1次檢測，重復進行10組樣本試驗，確認全部完成后在裝置的控制面板中點“結束試驗”按鈕，系統會將這10組數據進行量化分析，通過內核組件預設的加權均值算法最終得出混凝土強度檢測結果，分為優、良、中、差4個級別。

3.3.2 橋面平整度、裂縫檢測

橋平整度和裂縫部分的檢測無須進行樣本取樣工作，使SVS試驗小車在橋面上以勻速（5 km/h）的方式行進即可，橋面試驗路段約為100 m，完成一次試驗過程的時間控制在2 min以內，當試驗小車行進至平整度較差或裂縫較多的區域時，系統會自動發出聲光警報，現場技術人員應及時做好位置標記，如此往復進行5組試驗，SVS智能檢測系統會分別對這5組數據進行分析，最終得出試驗結果，技術人員可根據之前記錄的位置標記、試驗最終結果及現場實地復核情況，完成橋面平整度和裂縫檢測的確認工作。

3.3.3 墩臺沉降值檢測

在橋梁加固施工后的墩臺沉降部分檢測中，常規的做法是預先埋設好位置標記，完工后進行復測以量取墩臺實際的沉降值，但這種人工的檢測方式會存在很多問題，如檢測不及時（受施工環境影響）、檢測誤差等。SVS智能檢測技術很好地避免了這些情況的發生，并且對墩臺沉降程度具有較高的檢測精度和較強的環境適應能力。SVS進行橋梁墩臺沉降檢測主要依托SVS上固有的幾何構造模組，結合高程射線變化理論來實現墩臺沉降的智能化檢測，其檢測精度和效率是常規預埋標記法所無法相比的。

3.3.4 構件剛度指標檢測

為保證工程質量，橋梁施工構件的質量在施工前應進行詳細檢查，在本工程實例的結構加固中，有可能破壞構件原有的剛度，為確認構件的質量特別是剛度仍然符合工程標準，且在交付使用后能夠承擔長期交通荷載和自載的作用，應再次進行構件剛度的指標檢測，此過程調用了SVS系統中應力變化感應語句，實現了對構件結構剛度數據的自動采集與分析功能[4]。

4 SVS工藝質量檢測指標評價

為評估SVS智能檢測技術在本工程實例中的應用情況，為后續工程施工和理論研究積累經驗，應進行SVS工藝質量檢測指標的評價工作，仍以本工程加固后4個維度的檢測指標為基本依據，即混凝土結構強度、橋面平整度和裂縫、墩臺沉降值、構件剛度，以國內同類工程項目的檢測數據為支持，對比SVS智能檢測技術與人工檢測方式在數據準確性方面的差異，綜合得出結論：SVS智能檢測技術在橋梁工藝質量的檢測方面優于人工檢測，其檢測各項指標的結果更接近于工程設計值。

5 結束語

智能檢測技術因其強大的檢測功能、較高的檢測效率和精度、全面的檢測范圍、良好的平臺適用性及較低的檢測成本，在當前各類工程施工中得到廣泛使用，本文將該技術應用到橋梁工程的施工檢測中，很好地解決了人工檢測方式所面臨的問題，突破了檢測效率和檢測范圍等技術瓶頸，填補了智能化檢測技術在橋梁施工中的空白，具有極大的工程應用價值和推廣意義。

參 考 文 獻

[1]黃麗萍.公路橋梁工程材料檢測質量控制分析[J].中國建材科技，2019（3）：6-7.

[2]張寧.鋼結構橋梁施工質量檢測重難點分析[J].中國設備工程，2021（12）：174-175.

[3]劉祥民.淺析鋼結構橋梁施工質量檢測的重點與難點[J].福建建設科技，2020（2）：78-79.

[4]蔡建偉.預應力混凝土連續鋼結構橋梁施工質量控制探析[J].工程建設與設計，2020（3）：293-295.