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      行業資訊

      守護大橋安全的智慧監護系統——智能監控技術在大橋施工中的創新與運用

      新聞時間:2024-05-07 文章來源:網絡 文章作者:admin

      施工監控通過對結構的分析、監測、預測、調整,控制結構內力和變形,使橋梁結構符合設計要求,保證橋梁結構的安全和質量。隨著橋梁建設的發展,施工監控已經成為必不可少的內容,施工監控技術日漸成熟。智能監控技術通過結合多種先進的技術手段,實現對工程中各種場景的全面、精準的監控和管理。其中包含測量技術——衛星定位測量、全站儀、傳感器與識別;信息傳輸技術——無線通信技術,如移動通信、衛星通信和無線局域網;視頻監控——遠程視頻、視覺辨識;存儲和交換——噪音、圖像、環境信息;計算——智能溯源和統計、預警。

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      山東沾臨高速黃河特大橋全長4630m,包括主橋、南北堤內引橋、南北堤外引橋以及跨大堤橋。其中主橋為(80+180+442+180+80)m雙塔雙索面鋼混組合梁斜拉橋。全橋主梁總長961.04m,采用雙邊鋼梁鋼-UHPC頂板組合斷面,寬度34.36m。鋼混組合梁采用先疊合后頂推的全斷面頂推施工工藝。施工中運用了多種智能化系統——智能化監控系統、智能步式頂推系統、遠程視頻監控系統。

      智能化監控系統基于數字孿生的頂推全過程智能化監測技術,構建了融合數字孿生模型、BIM三維可視化模型、失效模式庫、失效風險庫和應急處置庫的多源信息施工管控平臺,開發了與系統平臺、可視化模型、移動終端等聯動的在線管控系統,實現了大跨度斜拉橋頂推施工實時、可視化監測,保證了大跨橋梁施工過程的安全性及合理成橋狀態。

      多源監測數據異常識別算法與處理方法

      受溫度、強風、暴雨等環境因素的影響,監測數據異常等問題較為突出,異常數據的診斷和識別是橋梁監測領域需要面對和解決的關鍵難題?;贚STMw網絡結構,通過數據清洗流程,海量監測數據、特征參數提取,對失真數據進行判別與修復,實現將數據異常的問題,利用檢測與修復方法(深度學習模型)進行數據修復,達到能夠對多源監測數據的異常識別與處理。

      多源監測數據驅動安全評價與預警方法

      傳統的安全評價與預警方法存在各類監測指標碎片化的問題,導致結果失準。通過融合分布式監測特征值數據與有限元模擬結構整體線形——局部應變的分布規律,提出了多源監測數據驅動的橋梁頂推施工梁體結構安全評價與預警方法,建立了整體線形-局部應變相結合的評價指標體系,開發了結構安全多尺度特征參數自適應優化識別、計算與提取算法,實現了基于多源監測數據的結構安全實時預警。

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      智能步履式頂推系統具有如下特點:

      自動控制:電腦集中控制三個方向的位移,設置參數后可自動實現橫向糾偏、縱向推進及豎直頂升的動作過程;

      精確度高:動作全程實施位移及壓力監控,位移同步精度在士1mm以內;

      操作簡便:采用標準化產品模塊化連接及通訊總線連接方式,便于現場使用及管理;

      適應性強:觸摸屏操作,具有便捷的人機交互界面,操作起來簡便快捷。

      實施效果:由于傳統鋼-混凝土組合梁通常采用先頂推后疊合的施工方案,存在工期長、工廠化率低、質量不易保證等問題,且頂推過程需要投入數量較多的步履式千斤頂,施工成本高。通過智能步履式頂推系統,首創了姿態與線形精準可調的斜拉橋整體式全斷面單端頂推施工方法,有效解決了主梁脫胎起升及線形調整難的問題,實現了頂推及就位過程的毫米級高精度管控水平。

      遠程無線視頻監控系統采用視頻采集加網絡編碼傳輸、分控中心用網絡硬盤錄像機實現視頻接入,對新建的前端監控點位進行實時監視及錄像采用,該種方式可支持多用戶同時登陸實時監看回放、下載同一路視頻,多用戶操作模式,可有效利用資源。然后通過網絡傳輸至總控中心實現集中監控和管理。主要由高清網絡攝像機、網絡硬盤錄像機、高清解碼器、液晶電視屏組成,其中高清網絡攝像機用于采集前端圖像并編碼壓縮,在網絡上進行傳輸,并通過網絡硬盤錄像機,將圖像進行管理、存儲、轉發,支持多客戶端同時接入。然后通過網絡傳輸至總控中心。

      此系統具有圖像視窗、任意縮放、疊加、漫游,支持多個窗口顯示同一通道的圖像;高處理能力和優秀的穩定性;整機模塊化設計;啟動速度快,全實時處理;支持多種信號格式、多種控制方式;純硬件構架;安全性好等特點。通過對遠程無線視頻監控系統現場環境條件、施工狀態的全天候無死角“盯梢”,配合遠程喊話功能,實現了施工過程更可視、施工指令更暢通、施工安全更可控的管理目標。

      智能化監控系統通過全過程最優控制法,從封鉸階段、懸拼階段,到合龍嵌補階段,實現全過程可行域的誤差分析。并且,依托自動化變形監測系統對已安裝拱肋線形實時監測,厘清拱肋線形波動規律,預測出下一節段拱肋安裝時產生的溫度變形,剔除復雜環境溫度對拱肋安裝線形的干擾。利用原形復位法,判斷出安裝線形可行域。最終的監控效果實現了全拱線形高程最大偏位為-2.7cm,全拱線形橫向最大偏位為1.5cm。

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      數字化預拼裝系統首先通過激光掃描數字預拼,進行原形預拼控制。即采用高保真模型進行拱肋制造節段數字預拼、模擬和預測。其次,采用以三維偏差最小為目標的拱肋節段快速數字預拼方法,解決了實體預拼面臨的重型設備使用多、場地占用大、制造成本高問題。通過螺栓孔特征自動提取,識別精度優于1mm,預拼姿態精度優于2mm。最后,應用重構數字模型進行全橋制造線形和拱肋安裝線形控制。最終,主拱含有的9萬顆螺栓通孔率100%,224對法蘭盤無一處增設調整墊片,合龍時8根弦桿對齊偏差均小于2mm,實現了全栓接構件的高精度安裝。

      智能化管理在生產過程管理(技術管理、 質量管理、進度計劃、構件儲存、安全管理、現場環境管理)應用較成熟,在大型設備、工廠生產線方面應用進展較快,在工地建造施工監控中還有很大空間,大力提高管理和施工的標準化程度,標準化程度越高越容易實現智能化。智能化平臺開發的系統基礎框架、系統基本要求、數據接口、數據類型、格式及傳輸方式、系統安全是平臺的基礎。由于需求的層次和開發的水平不一,綜合平臺與專項系統之間協作難度很大,成為應用和研發的主要障礙,亟需統一標準。

      通用性的工藝流程和個性化的工藝設計是智能化的基礎,尚需對平臺進行通用兼容的特殊的適用性深化研究。以智能化產業政策為指引,以工程建設市場需求為依托,以管理、技術標準化研究為支撐,為使用者服務,構建合理的、系統的發展體系,才能加快促進智能化應用和發展,實現創新創效。

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