萬賓科技大規模中小橋梁群結構健康監測技術與應用

改革開放以來，我國橋梁進入了飛速發展階段，中國在橋梁基礎、橋塔、纜索、主梁建設等工程裝備方面也取得了突破性的進展，這些成就標志著中國橋梁建設由"跟跑、并跑"向"全面領跑"邁進。

▲ 2022年全國公路橋梁數量占比

01

中小橋梁運營現狀與挑戰

隨著橋梁種類的不斷豐富、功能的不斷增多，橋梁的安全問題也日益凸顯，特別是中小型橋梁。至2023年6月，全國公路橋梁數量達到103.32萬座，而中小跨徑橋梁占到橋梁總數的83%，特大橋僅占0.85%。但由于分布廣、數量多，檢測養護頻度低，交通承載繁重，服役年限長，導致橋梁安全事故時有發生。

“2·22瀝心沙大橋橋梁撞斷事故”、“7·6恩廣高速大橋垮塌事故”、“6·8南雄橋梁坍塌事故”、“12·18鄂州高速公路橋面垮塌事故”、“11·1天津鐵路橋梁坍塌事故”給橋梁安全敲響了警鐘，凸顯出加強中小跨徑橋梁安全管理、提升橋梁健康監測技術水平的緊迫性和必要性。

▲ 橋梁坍塌事故

02

橋梁結構健康監測解決方案

針對中小跨徑橋梁數量多、分布廣和成本受限問題，WITBEE?萬賓科技?橋梁結構健康監測系統通過輕量化、移動化、分布式的智能結構監測儀器，以少量監測儀器對區域內不同橋梁結構進行監測，實現最大化性能指標覆蓋，掃除區域內監測盲點和空白。通過現代通信技術，將監測數據實時上傳至云端服務器，實現遠程實時監測和數據分析。同時，系統采用智能化算法對監測數據進行分析處理，及時發現橋梁結構的異常情況，并發出預警信息，提醒相關人員進行處理，確保橋梁的安全運行。

相較于傳統公路橋梁健康監測系統，新型公路橋梁健康監測與安全預警云平臺具有高效、協議開放、彈性延展、極簡接入等功能，可實現公路橋梁運行體征監測數據獲取的實時性和同步性，能夠更準確反應橋梁結構健康狀況。

▲ 橋梁結構健康監測系統架構圖

▲ 橋梁結構健康監測系統平臺示意圖

特別聲明：

萬賓科技致力于城市生命線監測儀器研發、生產和銷售，文中涉及軟件系統皆為友商提供。

03

傳統與新型監測技術對比

傳統的橋梁健康監測終端采集方式、傳輸方式相對比較落后，數據采集多基于電纜進行傳輸，傳輸策略耗費時間且安裝費用昂貴，同時存在一個單座橋梁監測采用近百個傳感器的情況，其數據量龐大，導致橋梁健康監測系統往往難以獲得理想的監測結果，對突發事件的反應不及時，給交通安全帶來了不小的威脅。

▲ 傳統橋梁監測產品部署和運維成本極高

▲ 新一代中小橋梁結構監測儀器

04

智能云終端

創新集成12項結構健康監測指標

| 實時監測位移、沉降、傾斜、加速度、振幅、頻率、地震烈度、動態平衡、人體舒適度、實時定位和溫濕度等12項指標。

| AIoT開放平臺可選模型分析服務：

動撓度(結構局部變形)、固有頻率(材料強度退化、結構局部損壞和共振風險系數)、模態阻尼比(支座老化或損壞風險系數)、振幅(行車舒適度和超載抓拍聯動)等。

| 利用智能結構診斷器擴展接口或邊緣計算網關、智能振弦式采集儀，接入振弦式應變、拉繩式位移、裂縫計、氯離子(表面腐蝕)、索力(拉索損傷診斷)、船撞報警等外部傳感器數據。

▲ 橋梁結構健康監測系統設備部署示意圖

05

新型橋梁結構健康監測技術

1.智能云終端快速部署和遠程運維能力

智能結構診斷器屬于一體化小型機，極簡安裝，即裝即用，上電即上云，可極大縮短施工時間和減輕維護量，降低使用成本，具備開箱即用、運維簡單、高度集成邊緣智能分析等優點，部署和運維成本預期可下降 90%，可有效解決以往公路橋梁健康監測傳感器低性價比、部署困難、運維復雜、分體獨立、功能單一、信息孤島、無法認知等問題。

2.實時的北斗高精度定位能力

智能結構診斷器結合北斗地基增強微基站，具備實時的北斗高精度定位能力和高性能四星全頻測量接收能力，可支持北斗、GLONASS、GPS、Galileo 等 1.5 毫米級全球衛星定位服務，水平精度±1.5 mm，高程精度±3 mm，高精度時間同步能力。

3.領先的無損結構健康診斷識別技術

智能結構診斷器結合結構所處時空、環境和微振動特征樣本的無損采集技術，進行宏微觀、動靜態和高精度監測，利用多自由度微振動診斷算法和多層次分析發現結構早期損傷與隱患，可使公路橋梁結構健康診斷識別技術處于行業領先水平。

4.高效的橋梁實時智能監測水平

通過融合云平臺、大數據和智能物聯網，打造覆蓋公路橋梁“云-端-邊”實時智能監測網，為合作伙伴的新型公路橋梁健康監測與安全預警云平臺提供動態基礎數據，可全面實現對公路橋梁運行監測數據的采集、匯聚和分析，高效監測公路橋梁的實時狀態和安全情況。

5.時變工作模態參數自適應識別技術

通過高精度的三向加速度監測數據，為AIoT開放平臺提供橋梁結構基礎數據支撐。目前，AIoT開放平臺可選模型分析服務：動撓度(結構局部變形)、固有頻率(材料強度退化、結構局部損壞和共振風險系數)、模態阻尼比(支座老化或損壞風險系數)、振幅(行車舒適度和超載抓拍聯動)等。

▲ 北斗毫米級定位技術應用

06

相關政策

2024年3月，住房城鄉建設部印發《推進建筑和市政基礎設施設備更新工作實施方案》

明確，在地級及以上城市全面實施城市生命線工程，推動地下管網、橋梁隧道、窨井蓋等完善配套物聯智能感知設備加裝和更新，并配套搭建監測物聯。

2023年11月，國務院安委會辦公室印發《城市安全風險綜合監測預警平臺建設指南(試行)》

明確以全面建成“能監測、會預警、快處置”的城市安全風險綜合監測預警平臺為目標，要綜合應用多種技術手段，全面加強對涉風險因素的實時監測，包括橋梁安全、老舊房屋坍塌、水庫垮壩等。

2020年12月，《關于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》

到2035年，公路橋梁建設養護管理水平進入世界前列，公路橋梁結構健康監測系統全面建立，安全風險防控體系基本完善，創新發展水平明顯提高，標準化、智能化水平全面提升，平均服役壽命明顯延長，基本實現并不斷完善管理體系和管理能力現代化。

2021年3月交通運輸部發布《公路長大橋梁結構健康監測系統建設實施方案》

推進公路長大橋梁結構健康監測系統建設，增強長大橋梁結構健康監測能力，是落實部《關于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》的重要舉措。

▲ 推進建筑和市政基礎設施設備更新工作實施方案