变“频繁大修”为“智慧康养”,我国桥梁运维全面进入智能化时代

日期:2022-12-14 00:00:00 访问量:9219 来源:湖北日报

从万里长江第一桥——武汉长江大桥开始,湖北就与桥结下不解之缘。据不完全统计,全国现有桥梁约110多万座,约有三成桥梁进入了维保期。桥越建越多,如何科学维护、延长使用寿命成为不得不面临的问题。

近日,中铁大桥科学研究院副总经理侍刚向湖北日报全媒记者介绍说,一座大桥少则几亿元,多则近千亿元,从建桥初期设置传感器,维护中开展长期数字化监测,有针对性地开展桥体养护,不仅能节约大笔维修费,还能创造巨大的经济价值。

10年科研攻关,实现技术自主

花费巨资建造的大桥,如何保持健康运行?在传统思维里,每当桥梁已经显现出病害的时候才会展开治疗、维护,这种做法往往会产生封路等影响,并且病害会持续显现。

中铁大桥局特种公司副总经理吴运宏表示,我国公路、铁路桥梁保有量很大,但公路危桥多、耐久性差,桥梁事故时有发生,潜在安全、耐久性问题突出,平均桥龄不长,事故桥梁的实际使用寿命短,养修压力日益加大。而以人工检查、经验决策、纠正式养护为特征的传统管养方式,已越来越无法满足现代桥梁提质、增效和降本的养护需求。

因此,推动交通基础设施康养产业技术变革和产业模式转变的需求日益迫切。在业内,中铁大桥局桥科院提出全寿命周期养护及健康监测理念。他们2012年获批桥梁结构健康与安全湖北省重点实验室,并于2015年成功申报桥梁结构健康与安全国家重点实验室获科技部批准。

面对国外在巡检机器人及智能检测系统的垄断,一批批中铁大桥局科研人员一棒接着一棒干,先后历时10年,在检测设备、监测系统、修复技术上取得突破:自主研发了高速铁路高精度位移(沉降)自动实时监测技术”“基于物联网技术的结构竖向位移测试系统”“桥梁梁底全自动检测机器人”“拉索检测机器人桥梁巡检水下机器人大跨度悬索桥索夹螺杆超声轴力测试系统等系列检测技术、监测系统和装备,为智能检测和施工监测提供了技术支持。

大批城市桥隧实现智慧康养

过去,日常巡检、定期检测一般依赖于技术人员现场爬上桥墩、缆索等部位采集、记录数据,效率低且安全风险高。现在,检测人员仅需一部智能手机或无人机航拍即可完成数据采集、上传。

桥梁健康的所有数据模板已经录入系统当中。中铁大桥科学研究院健康监测中心工程师姚文凡介绍,检测人员只需要在小程序中简单勾选,就可以管理桥梁健康状况。

针对桥梁拉索、梁底等不好检测的部位,中铁大桥局创新研发及应用了巡检无人机、缆索机器人、水下机器人等各种智能设备,智能管养桥梁超过1600座。新建设的大桥从施工阶段就在桥梁内部植入传感器,传感器与后台服务系统连接,能够对桥梁的振动、是否变形、车辆荷载、风力荷载等多项健康指标实时监测。服务系统设置了三级指标报警,一旦桥梁健康状况出现问题,系统就会报警。中铁大桥局已建成武汉城市桥隧智慧管养平台,实现武汉市800余座城市桥隧群智慧康养一体化应用。

这其中,拉索检测机器人及后台监测系统是难中之难,此前长期被德国、俄罗斯等国家所掌握。目前,中铁大桥局自主研发的探索者号桥梁拉索检测机器人已经升级至第6代。与前辈相比,它的升能是全方位的:身体改用高强碳纤维构件;眼睛采用最先进的CCD技术和工业摄像镜头,在高速爬行中也能看得清毫米级的裂纹;身躯内安装的电磁探伤无损检测系统,对拉索内部钢丝锈蚀的感知灵敏度提升了10倍。经过前期及时介入,许多桥梁病害会免于发生或能够及时修复,保障桥梁安全。

监测+预警:有效解决多个难题

2015524日下午,一辆超高超宽车途经某长江大桥(钢箱梁斜拉桥)时刮蹭到上游的13根斜拉索,中铁大桥局桥科院在该桥上布设的系统敏锐捕捉到了斜拉索被撞过程的特殊信号,并发出报警,及时触发了管养单位处突工作,使结构损伤得以及时控制,并避免了事态的扩大化及不良的社会影响。最后通过快速监测数据分析,得出斜拉索索体及桥梁整体仍处于健康状态的评估结果,为业主进一步决策提供了科学依据,节约了260万元的斜拉索更换费用以及相关的间接成本。

2018年,中铁大桥局为武汉军山长江大桥进行桥面改造提升,应用了自主研发的超高性能混凝土,有效解决了正交异形钢桥面板易开裂这个世界性难题。20188月,某市三环线上的一座立交桥匝道桥监测数据显示,支座发生较严重横向位移,系统发出报警并通知技术人员现场检查。技术人员结合温度监测数据分析其原因为结构支撑边界约束存在缺陷,在高温环境下致使梁端发生超限变形,及时报警、及时处置,避免了安全事故。

20204月,某长江大桥发生了小幅的异常振动,引起社会群体关注,该桥监测系统第一时间发出报警,并记录下当时的实时影像,根据当时的外部环境和桥梁响应数据,有效判断出这次异常振动是一起涡激振动事件。系统采集的数据不仅对判断事件原因提供依据,也为事后评估桥梁健康状态和进一步处置决策提供了可靠依据,避免了更多的经济损失和恶劣影响。众多案例表明,通过健康监测系统能够及时预警,关注到我们平时看不到的隐患,为桥梁管理者提供高效有力的技术支撑。

侍刚认为,该技术能够提供交通基础设施管养全产业链技术服务,推动交通基础设施管养产业向绿色环保和资源节约型方向发展;延长交通基础设施使用寿命,改善交通基础设施康养的水平与效率,降低交通基础设施康养成本;有效提高结构物的运营安全状况,大大减少因为结构物损毁产生的重大交通安全事故;带动养护管理、结构状态恢复、维修加固等交通基础设施后市场和后产业链的进一步发展。