智能检监测提升品质

2019-01-04东南大学罗桑

中国公路 2018年22期

文/ 东南大学罗桑

苏交科集团股份有限公司检测研究院朱晓文

柳州黔桥工程材料有限公司肖云

公路品质工程的BIM应用

东南大学提出了“一全、两保、三优”的BIM公路工程全生命周期集成概念：“一全”是指，全过程的信息化与智慧化的模型可追踪；“两保”是保障提高管理水平、保证安全质量，这也是BIM在公路工程中最重要的两个方面；“三优”是优管理、优进度、优成本，在保障安全的前提条件下，不断优化设计、施工和运维等各个环节，这是更高一级的目标。

全过程可追踪重点依靠的是将构件信息、状态信息编码输入BIM模型，实现全寿命周期信息追踪。信息的编码就类似于身份证，从出生开始伴随一生。针对桥梁工程的“身份证”，设计、施工到运维环节全面介入，比如施工过程，通过信息编码追踪预制、吊装等，吊装到某位置成桥后，在运营过程中如果发生破坏或其他问题，需要快速更换，这时就可以通过以往记录的所有信息轻松操作完成。

针对复杂的施工工艺和工序而言，信息编码可以发挥直观教学的作用。比如并没有熟练掌握节段钢箱梁顶推工艺的施工方，通过阅读文本的方法可能无法全面理解搭设、运输、顶推、拼装等各个环节的施工要点，但如果通过三维可视化的方式精细化地展示，就非常容易理解和掌握了。这对于后期施工质量的控制和保障，效果也将很明显。

在保障工程质量方面，BIM模型可以全部导入到方案集成库，设置一些控制点，实时反映坐标位置。通过这项技术，可以对施工过程中的操作标准进行快速化的复检。比如，在一座跨航道拱桥的工程检验中，用激光点云扫描仪进行了全桥的激光扫描，形成了相应的点云数据模型，精度可高达0.1毫米。通过扫描设计之初绘制的二维设计图，得到了现在的三维立体模型图。最后，将实桥采集的点云数据模型和三维立体模型叠加，得到了第四张图——全息数据模型。目前，通过现有的技术，在工程检验中只能发现哪根桩沉降或偏差了多少毫米，但无法得到全桥的所有偏差位置数据。现在，通过激光定位技术可以实现高精度快速复检，大幅提高竣工质量检验分析的效率。

无人机实景采集，实施监督施工进展，不断优化工程进度。

预制构件中置入RFID芯片，实现全程追溯式的管理。

基于三维模型完成事前场布模拟，保证场布方案最优。

用BIM技术实现从纸质文档到电子档案的升级，可优化工程管理。

三维可视化手段还可以保障工程全过程的安全，比如在设计环节，可以实现事前视距模拟，优化设计方案。另外，可以取代人工计算受力点这一传统方式，比如，在钢箱梁顶推环节埋设临时支架，搭建光纤传感体系，对其进行24小时不间断地动态监测，将动态监测的信息实时反映到三维BIM模型中，针对不同工况开展反复的力学核算，保证在施工过程中，各构件的受力在可控范围之内。

在优化进度方面，通过无人机等定期对桥梁实景模型区域，进行图像和GIS数据采集，基于采集到的项目是不同建设时期的实景模型，可以直观地展现项目关键节点的实际施工进度，及时发现滞后的关键施工点，以实现不断优化工程进度。而在设计环节进度优化上，可以做到多专业设计碰撞事前检测，发现设计不合理后，立即修改BIM模型，避免返工，节省人工和材料成本。

在进度优化中，通过RFID智能芯片技术可实现全程追溯式的管理。比如，将芯片置于跨海大桥的预制构件中，将构件什么时候吊装、吊装在何处等信息全部读写到芯片中，从预制工程到吊装现场，不必再次一一核对，只需读取相关信息，就可以开展高效的运输、吊装、拼接等。同时，利用RFID技术采集供应链的最新构件状态信息，判断构件生产进展处于提前、滞后或正常，发现进度偏差，生成进度报表。

在成本优化方面，通过一键式工程量统计，将工程计量失误率缩小至正负0.2%（我国《建设工程造价咨询成果文件质量标准》中规定，竣工结算审查结果综合误差率应小于3%）。还可以通过BIM物料清单智能输出套料图，代替人工排版，提高钢材使用率，大幅缩短下料时间，提高生产率。

在优化工程管理方面，BIM技术也能发挥重要作用。通过施工场景布设模拟，基于模型完成施工现场总平面布置；模拟机械设备、材料进场模拟、施工机械模拟、临时设施模拟等施工组织模拟。按节点或阶段调整施工场布BIM模型，真实反映工况。最终，提前预知难点问题，找到最优方案，保证现场场布最优。

在管理过程中，以往的清单都是纸质化的，不便于流转和更新。而BIM技术可改变传统工程信息档案管理方式，使管理更加协同、高效、智能。

桥梁检监测的新技术

截至目前，我国公路桥梁已有83.25万座，于10月23日通车的港珠澳大桥成为中国跻身桥梁强国的重要名片。苏交科集团承担了港珠澳大桥内地段桥梁试验检测的任务，建立了港珠澳大桥主体工程试验检测中心，也是中国首个取得CMA认证资格的工地试验室，依靠信息化的技术提升管理质量。

试验室开发的试验检测云系统整合了苏交科的技术资源和管理资源。管理试验手册的参数有近500个，其中70多个可以自动采集，其他需要人工采集的数据通过移动端及时录入到系统中。一旦录入系统，就不可更改。

检测报告从原始记录、编制、审批到签发，都是在系统中完成。这一过程中，监测系统还将对整个检测报告的生成过程进行监督，实现检测过程的透明。

试验检测信息化管理技术-试验检测云系统

声光成像桥梁结构水下检测技术导出的3D影像

病害图像自动识别技术，其中，红框表示裂缝，绿框表示腐蚀，蓝框表示破损。

基于磁致伸缩导波的拉吊索断丝检测技术应用原理

组图：苏交科和哈工大正在联合开展采用深度神经网络的异常数据自动探测技术

云系统在苏交科所承担桥梁项目的建设期和运营期已经积累了海量数据，具备了一定的数据统计分析功能，如此一来，数据不再只能形成简单的检测报告，还可以对原材料、设计方案、施工队伍的优劣进行评估。随着数据不断积累，数据挖掘的不断深入，在未来的标准编制和信用评价方面，可以提供更新的数据。

云系统中的室内试验样品是通过条码来标识的，可以避免检测人员不了解样品信息的可能，一定程度上也可以防止造假。管理者或业主通过现场扫描，借助互联网，跟系统发生信息交互，实时了解样品流转到哪一环节、随时查询检测报告的内容。

云系统应用的领域不仅仅是公路交通行业，在其他工程行业也可以根据不用标准订制不同的输出表单。

在云系统的基础上，未来还希望打造基于云计算的平台，多家检测单位共享，依托平台开展检测工作，通过远程托管的方式，将一部分工作交付给第三方，成为面向全行业的检测监测“E平台”。

除了服役港珠澳大桥的云系统之外，远距离非接触外观检测技术也应用于桥梁检测监测。这项技术采用远距离视觉观测系统或无人机悬停观测，可以快速检测病害、安全性高，已经在贵州乌江大桥等工程上实现应用。这项技术主要是通过天文望远镜、高精度相机拍摄高清晰度照片，通过测距仪得到镜头和拍摄对象之间的距离，通过计算并结合照片，得出对象的精确尺寸，比如，用于远距离观察裂缝等。

针对桥梁结构在水下状况的检测，声光成像水下检测技术可以突破困局。据美国联邦公路局近年统计数字显示，水毁导致的桥梁倒塌占比较高，以往使用人工触探方式的过程中，经常出现不具备桥梁检测监测相关专业的潜水员无法和专业人士沟通，同时在下潜的过程中还造成了水混，影响检测效果，即使借助探杆等器具，检测精度起伏也很大。通过不断实践，观察型的水下机器人被开发出来，它全重11千克便于携带；采用1080P高清摄像模组及LED灯，可清楚显示结构细节；最大作业水深100米，流速每秒1.5米，适应性好；同时，它还实现了智能化航行：优化算法控制，可定向或定深航行，也可手动控制航行。目前已经应用于南京长江三桥和连云港白塔大桥。

另外，水下检测通过声呐技术还可以实现在冰雪覆盖或深夜环境下，不受光照影响，正常作业。同时水下检测物表面覆盖的青苔水草等误导检测的情况，也可以被屏蔽掉。

除此之外，病害图像自动识别技术解决了主观辨识海量图像信息的误差较大、工作效率低等问题。基于磁致伸缩导波的拉吊索断丝检测技术，解决了传统方法中拉吊索断丝可能造成巨大安全隐患，效率低、精度差等问题，提升断丝检测效率40倍，精度达到1.6%的截面损失率。在瞬时索力精准测量技术问世之前，重车通过时，无法测到索力极值，平时的监测索力也是一段时间的近似平均值，无法做到有效的报警和对突发事件的安全评估，这些问题都在新技术应用后，得到大幅改善和根本性的解决。

张拉压浆信息化管理提升桥梁品质

预应力是桥梁的神经系统。张拉及压浆属于隐蔽性施工工艺，极易带来隐患性后果，张拉和压浆都是桥梁建设中最重要的环节之一，其施工质量关系到工程质量及国家和人民生命财产的安全。

采用智能张拉和压浆，目的是通过自动控制技术，结合施工规范使张拉和压浆过程按设计的流程和参数进行，从而提高工程质量。在实际应用中，据有关部门调查，因智能张拉及压浆设备市场产品混乱，仍存在非常突出问题，很多设备根本不具备数据自动采集功能，如数据缺失严重、准确性低、滞后时间长；有的产品采用参数终端设定，造成张拉和压浆后所有的数据都合格的假象；甚至由于无法实时监控，有不良单位对数据进行修改造假，从而造成极大的质量和安全隐患。

但针对上述弊端，柳州黔桥工程材料有限公司基于物联网和大数据技术，结合桥梁预应力施工特点，开发了云智能张拉系统、云智能制浆压浆系统，并建立了预应力智能张拉与压浆信息化管理平台。

云智能张拉系统、云智能制浆压浆系统技术具有很多创新点。为实现桥梁工程智能化施工和信息化管理，满足如下条件：一是施工设备产品要符合施工要求并具有高度智能化，可实现数据自动采集、自动整理和自动传输功能；二是根据不同桥梁信息，开发桥梁唯一身份识别系统。同时，系统能够实现施工过程中实时动态采集的数据自动上传至云平台管理。实现预应力张拉及压浆质量管理的过程控制，实时监控，质量预警，能及时进行质量分析。利用信息化管理系统极大程度减小人为介入的数据流失及错误几率。实现张拉、压浆数据的现场实时采集、传输并实时生成报表、曲线等功能。

预应力智能张拉与压浆信息化管理平台技术创新点表现在：平台通过建立工程施工信息数据库、施工数据采集和管理模块，将现场施工数据实时传输至云服务器，实现数据实时调用和集成，减少人工介入的数据流转和数据错误几率，同时平台可自动对数据进行整理、计算和分析，进而实现施工质量状况的分析和预警。用户通过浏览器根据其权限即可查看、分析、下载、打印相应现场数据,实现了业主、设计、施工、监理、质量监督等各部门之的信息实时交互，既可进行质量控制和追溯，避免施工数据造假，又可利用数据为类似建设项目的设计和施工提供参考，更可为今后桥梁运营阶段的管养提供原始数据，从而提高施工质量及施工管理水平。

预应力智能张拉与压浆信息化管理平台界面

目前，云智能张拉系统、云智能制浆压浆系统已在国内大量推广应用，预应力智能张拉与压浆信息化管理平台已在贵州、云南、广东、重庆等多个省市的数十条高速公路得到了成功应用，深获用户好评。特别是在贵州，平台被接入贵州省交通工程质量监督局“基于大数据分析的质量安全监督管理平台”，成为贵州品质工程的重要组成部分。

预应力智能张拉与压浆信息化管理平台和云智能张拉、压浆产品，解决了传统桥梁预应力施工工艺存在的过程监控困难、质量难以保证的弊端，能实时、准确将施工数据采集并上传，提供信息资源的共享及传递，能有效地对建设项目进行监控，确保预应力施工质量满足相关国家、行业标准规范的要求，从而消除质量隐患，确保工程结构的安全性与耐久性，杜绝因张拉和压浆质量不合格造成的工程事故，保障国家和人民生命财产安全，对促进我国预应力技术的进步和工程发展具有重要的意义。同时该平台的数据自动采集模式节省了人工收集和录入的大量时间和人力成本，丰富且可共享的数据还可为同类项目提供指导和参考，经济效益和社会效益突出。