古城论“养” 数字之盾露峥嵘——记桥梁智能管养技术

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  随着我国桥梁工程逐步进入“建养并重”的阶段,桥梁养护工作受重视的程度在不断提高,而信息科学的进步,使智能化技术开始在长大桥梁的运维中得到较为广泛的应用,对提升其安全与耐久性能,取得较为明显的效果。如何更好地开展数据分析,充分发挥结构健康监测系统的作用,使其能与各类检查及检测技术有机地结合起来,为桥梁的维养决策提供更为准确的依据,是桥梁工作者必须面对的新课题。

  9月8-10日,桥梁智能管养技术论坛暨江苏润扬大桥参观考察活动在江苏镇江顺利举行。本次论坛由中国公路学会桥梁和结构工程分会、江苏润扬大桥发展有限责任公司和《桥梁》杂志社共同主办。多位院士、专家及来自全国高等院校、科研机构、大桥管养单位及产品企业的代表,共聚这座历史文化名城,就长大桥梁智能化养护的新理论与新方法、桥梁检测与监测的前沿技术、桥梁评估决策、桥梁学科发展规划等议题,展开深入的交流与研讨,分享成熟的管养经验,推广现有技术成果,探究相关疑难问题,助力我国桥梁智能养护技术迈上新的台阶。

  中国工程院院士、中国公路学会桥梁和结构工程分会理事长张喜刚,江苏省交通运输厅副厅长、中国公路学会桥梁和结构工程分会副理事长丁峰,江苏省交通运输厅党组成员、江苏省交通工程建设局局长蒋振雄分别在开幕式上发表了热情洋溢的致辞,他们充分肯定润扬大桥等长大桥梁在运维方面所取得的突出成果,并期望通过本次论坛,业内能碰撞出更多思维与创新的火花,研发出更加高效、实用的智能管养技术,有效地提升大桥的性能与使用寿命,让其为经济与社会的发展作出更大的贡献。

  在桥梁产业链中,桥梁养护是未来我国桥梁工程高质量发展面临的一项艰巨任务。我国在役桥梁已超 100 万座,先天不足、自然灾害、意外事故、恶劣环境等严重影响着桥梁的安全长寿,常规桥梁快速检测评估与处治技术、长大桥梁健康监测数据挖掘技术、智能评估与预警技术、以“预防、靶向、动态”为特征的健康运维与长寿保障技术等很多方面均面临诸多难题,亟需结合智能技术提升桥梁运维的效率质量和安全长寿水平。我相信,通过本次论坛的报告和研讨,对于进一步凝聚行业共识、加强合作,推动桥梁学科发展必将起到重要的促进作用。

  润扬大桥通车后,江苏坚守“苏式养护”理念,不断摸索桥梁管养新方式、探索养护新技术,持之以恒提升养护品质,以打造“全寿命、精细化、数字化”智慧大桥为目标,奋力建设“桥梁运营典范”,在国内首创跨江大桥钢桥面全寿命周期养护,并首次实现跨江大桥施工、运营过程动态管控。

  随着大数据、人工智能等新一代信息技术在交通领域广泛应用,建管养一体化、数字化、智能化成为未来发展的主流趋势。江苏省交通工程建设局会同江苏交控立足当前,面向未来,提出了“智能建管全要素、安全保障全天候、出行服务全方位、运维救援全过程、绿色低碳全周期”的未来智能交通“五全”理念,全面推行智能建造、智能运维,在五峰山未来高速、太湖未来隧道、常泰未来大桥等项目中成功实践,为推动新一代智能交通建设、打造江苏交通运输现代化示范区作出了积极贡献。

  吉林江苏交通控股有限公司高速公路技术专家委员会副主任、中国公路学会桥梁和结构工程分会副理事长吴玉刚广东省交通集团有限公司副总工程师、中国公路学会桥梁和结构工程分会副理事长

  吴赞平江苏交通控股有限公司首席科学家茅荃江苏交通控股有限公司工程技术部部长陈艾荣同济大学教授、中国公路学会桥梁和结构工程分会副理事长

  李惠国际结构控制与监测学会原理事长、哈尔滨工业大学教授、中国公路学会桥梁和结构工程分会副理事长

  饶建辉江苏扬子江高速通道管理有限公司原董事长朱彦江苏润扬大桥发展有限责任公司董事长汪锋江苏宁沪高速公路股份有限公司总经理

  朱志伟江苏苏通大桥有限责任公司董事长冯良平中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司副总经理兼总工程师、中国公路学会桥梁与结构工程分会秘书长

  本次大会共安排十九场学术报告,均在9月9日进行。多位国内知名桥梁专家围绕大桥的智能管养,从监测数据的应用、巡检技术的创新、病害的管理与处置、桥梁核心构件的养护新技术等多个维度,为与会人员带来了多场内容丰富、颇具前瞻性的报告。

  润扬大桥在大跨径缆索承重体系桥梁检监测数据交互融合方面具备较好的基础。大桥近期升级的结构健康监测系统涵盖常规监测、自由流车辆荷载识别、钢桥面铺装服役感知和基础冲刷监测系统。同时,钢箱梁疲劳裂纹AI检测机器人等智能化自动巡检设备提升了检测数据的标准化水平。当前,润扬大桥正在实施江苏省长大桥隧科技创新中心和江苏交控长大桥隧世业洲养护基地建设,开展检监测数据融合应用,探索以智能化综合评估和数据驱动为基础的长大桥智慧管养。

  大跨度缆索桥梁是确保路网安全畅通的生命线工程,随着服役时间的延长,塔、梁、索及约束装置等构件出现了各种病害,且面临检修盲区多、易损构件检测难、养护经验少、成本投入大等难题。报告以公路长大桥建设国家工程研究中心江苏分中心(暨长大桥梁管养技术研究中心)成立以来开展的大桥管养科研项目为基础,从监测检测新技术、关键构件及总体性能评估、处置与性能提升等方面,介绍了大跨缆索桥梁主要受力构件及约束装置的管养新技术和新方法,并结合未来桥梁的管养需求,就大跨缆索桥梁数字大桥的建设目标、总体技术体系架构及实现路径进行了探索思考。

  桥梁结构时空域多源数据中蕴含着桥梁荷载与环境作用、行为机制和安全性及其演化规律,人工智能、机器学习和深度学习理论方法的快速发展,为桥梁结构多源数据分析和服役状态评估提供了崭新的解决途径,揭示了多源数据中蕴含的桥梁结构内在物理本质与演化规律,为准确把握桥梁结构服役状态和安全水平,支撑桥梁结构全寿命科学管养提供了理论基础,对保障桥梁安全运营和提高经济效 益具有重大的社会意义。

  大型桥梁是重要的基础设施与交通枢纽。保持其安全可靠运行对于保障人民福祉、保护巨额投资、支持经济活力至关重要。自1997年 在青马大桥(主跨1,377m的悬索桥)实施称为“风与结构健康监 测系统(WASHMS)”以来,结构健康监测(SHM)技术在香港 已经实践了二十多年。目前,香港所有的大型桥梁,包括青马大桥 (悬索桥)、汲水门大桥(斜拉桥)、汀九大桥(斜拉桥)、西部 通道大桥(斜拉桥)、昂船洲大桥(斜拉桥)、港珠澳大桥香港段 (多跨连续桥)、将军澳大桥(拱挢),都已安装了长期结构健康监测系统。本报告讨论如何建立基于结构健康监测数据的桥梁状态与运行安全评估系统,以及如何系统地结合常规巡检数据与结构健康监测数据实现桥梁智能管理、维修和养护。

  由于成因复杂、时空随机性高,对桥梁结构损伤的预测一直是在役桥梁管养的重点与难点。当前基于海量检监测数据和经验型数学修正模型的结构损伤预测方式,无法识别运营状态下多因素耦合致损的结构表征数,致使实际损伤情况与试验研究结果偏差较大,难以支撑科学有效的养护决策。本研究重点探讨基于图模型的人工智能方法在实桥损伤预测中的可行性,并以正交异性钢桥面板疲劳损伤为例, 通过“知识”融合挖掘裂纹的时空分布规律,对实桥的裂纹成因、传染现象、整体效应等进行探讨。

  对数量庞大的中小跨径桥梁进行定期快速评定,实现失效风险的“早发现、早消除”具有重要工程意义。影响系数是桥梁的固有静力特性,仅需通过单辆加载车激励并采集结构单点响应即可获。

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