高速铁路跨海特大桥综合监测及运维管理平台方案

李俊刚，樊 艳，李可佳，崔丽莉

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300308）

1 相关监测、检测系统设置概况

1.1 工务专业相关监测、检测系统

1.1.1 桥梁健康监测系统

为实现桥梁全生命周期内各项数据的管理和桥梁状态的实时评估，超长跨海大桥设置桥梁健康监测系统，该系统由传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据处理与控制子系统等构成，对桥梁周围环境、桥梁温度、结构位移、形变、应力等信息进行实时采集，为桥梁主体结构运营维护提供辅助，如图1所示。

图1 桥梁健康监测系统构成Fig.1 Bridge health monitoring system structure

1.1.2 无砟轨道及钢轨伸缩调节器监测系统

为对超长跨海大桥轨道及伸缩调节器进行监测，设置无砟轨道及钢轨伸缩调节器监测系统（以下简称轨道监测系统），为高速铁路安全运营提供理论支撑和技术保障。

轨道监测系统包含3大子系统：数据测量子系统，数据采集传输子系统及数据管理分析子系统。系统组成如图2所示。

图2 轨道监测系统架构Fig.2 Track monitoring system architecture

1.2 四电专业相关监测、运维管理系统

四电相关专业一般搭建各专业监测、运维管理系统，覆盖包括跨海大桥在内的全线范围。

1）电气化辅助监控系统

电气化辅助监控系统通过通信网络连接现场智能传感设备，实现所亭的视频监控及巡检、红外测温、环境监测、安全防范、火灾报警、动力/照明监控及联动控制、27.5 kV电缆监测、SF6气体监测等功能于一体的安全监视和智能控制功能。

电气化辅助监控系统由路局级系统、现场级系统构成。跨海大桥分区所内现场级辅助监控系统经通信数据网通道接入调度所内路局级系统。

2）电力远动系统

电力远动系统可实现对电力供电系统各高、低压设备的运行状态进行遥信、遥测、遥控、遥调、遥视（纳入综合视频）及调度管理等功能。

电力远动系统由设在路局调度所内的控制站和设在各个配电所、变电所、箱变的被控站以及远动通道构成。

3）信号集中监测系统

信号集中监测系统主要是对CTC/TDCS、电源屏、车站列控中心、轨道电路、计算机联锁、安全数据网络、转辙机、道岔、信号机以及信号电缆回线进行监测和采集，将模拟量信息、开关量信息、状态信息、报警信息传送至集中监测系统，实现对信号设备的集中监测和远程诊断。

信号集中监测系统为4层结构，包括中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）监测子系统、铁路局电务监测子系统、电务段监测子系统和车站监测网。

4）综合视频监控系统

全线设置综合视频监控系统，由视频节点、汇聚节点、采集节点及前端设备组成。跨海大桥作为特殊工点，考虑在桥面关键位置增设采集点设备。

5）风、雨、雪及异物侵限监测系统

自然灾害及异物侵限监测系统由路局级、现场级两级系统构成，跨海大桥区段，主要对列车运行环境风速风向、雨量、雪深等进行监测。

6）电源及设备房屋环境监控系统

全线设置电源及设备房屋环境监控系统，系统由中心级、现场级两级系统构成，对全线通信、信号、信息机房内电源设备运行状态及机房环境进行监控。

2 综合监测及运维管理平台必要性分析

针对超长跨海大桥与陆地段工程较大的差异性，各专业结合自身运营维护需求设置了相对独立的监测系统。对超长跨海大桥区段内各专业设备设施服役状态、运行环境、列车行车环境等诸多数据进行采集，为运营维护人员日常巡检作业提供有力的支撑。但各监测系统垂直的烟囱式架构使各系统间数据互通、共享存在一定不足，对综合评价跨海大桥铁路设施服役状态支撑不够。现就各专业设置的相关监测系统设置情况及方案进行综合分析，讨论搭建综合监测及运维管理平台的必要性。

2.1 监测数据互通需求

工务、电务、供电等多专业铁路系统设备、设施作为有机整体，在服务列车安全运行的需求下，均发挥着重要的作用。且各系统设备、设施间，也存在着密不可分的关系，各监控系统间存在一定的系统联动和数据互通的需求。

超长跨海大桥桥体除为列车通行提供两岸连接功能外，还为轨道、电务、供电等设备设施提供承载、安装条件，是轨道及四电设施正常服役的基础。为满足四电相关系统正常运行要求，在跨杭州湾特大桥海中平台部署通信基站、信号中继站、电气化所亭等四电房屋，且轨道、接触网、无线通信现场设备、视频监控现场设备及电力箱变均依托桥面或墩顶平台设置，桥梁处于何种服役状态，对多专业设备设施运行及服役均存在一定影响。因此，桥梁健康监测系统相关监测数据要与各相关专业监测系统进行互通，为其他系统设备设施监测状态提供前置性支撑依据。对于通信、信号、变电等在超长跨海大桥区段有部署设备房屋的专业，桥梁服役状态应作为机房运行环境重要组成部分；对于在桥面、墩顶平台部署的轨道、通信、接触网、电力等专业，桥梁健康监测系统对桥梁服役状态提供监测数据，也可为运营养护及日常巡检提供一定的帮助。

2.2 监测系统技术方案趋同

通过对各专业所设监测、检测系统技术方案进行分析，可以看出，部分专业监测系统技术架构方案趋同，均采用现场监测设备（传感器）、传输单元、系统平台的方案搭建相关监测系统。随着目前技术的发展趋势，在技术条件成熟的情况下，可考虑部分监测系统间的横向整合，统筹考虑部分监测系统的建设。

从系统平台角度考虑，将部分有互联互通需求、技术架构差异性不大的系统平台适当整合，搭建统一的平台系统，有利于平台计算、存储、网络资源的共建共享，结合系统运行情况，更有利于资源的优化配置。搭建综合监测系统平台，在综合提升监测系统数据量的前提下，进一步提升数据冗余可靠性。可通过相关数据校核、分析及优化等数据处理，为运营维护人员提供更加全面的数据统计、运营维护建议、巡检计划生成等功能。并为使用人员提供统一的、更加全面的界面展示。

此外，超长跨海大桥桥面资源紧张，若各专业分别敷设各监测系统所需传输光电缆及供电电缆，不利于电缆槽道、光电缆等资源统筹规划。对部分监测、检测系统进行集成或整合，统筹规划现场监测设备组网、供电等方案，对桥面综合电缆槽的高效利用及光电缆统筹布防，均能起到积极作用，且将降低现场设备及缆线运营维护难度。

在2017年结束之前，我们去了很多不同的火锅店消费，评头论足着每一家的优缺点，顺便摄影。虽然离住家很近，不知不觉路过的机会也很高，而我再三犹豫，还是毅然决然的，放弃走入西瓜甜点涮涮锅店内消费。

2.3 运营维护管理需求

构建统一的桥梁监测平台契合国铁集团综合运维的需求。高速铁路检修维护作业多在夜间天窗时间进行，作业时间短，加之超长跨海大桥作为特殊区段，不具备陆地段便利的地面交通条件，存在运维人员往返现场耗时长的不利因素，这对传统的单专业独立运维作业模式提出了考验。因此，有必要通过综合监测及运维管理平台优化维护作业组织模式，深化各维护单位统筹协作，整合多专业维护检修作业任务，提高单次现场检修效率。

综上所述，建设针对跨海特大桥的多专业共建共享、数据互联互通的综合监测及运维管理平台设置是有必要的。

3 平台搭建方案探究

3.1 系统集成及互联需求分析

桥梁健康监测系统、轨道监测系统等目前尚无成型的建设标准和技术标准，以通苏嘉甬铁路为例，其应用主要针对跨海特大桥。

四电相关监测、检测系统均有成熟的建设标准及技术条件，有完善的产业链及普遍的工程实施经验。上述系统一般按线路各自独立构建完整系统，为全线的运营管理提供服务。

综合系统成熟性、应用范围分析，桥梁健康监测系统、轨道监测系统应用仅为特大桥服务，且桥梁健康监测系统相关监测数据对于其他监测系统而言，存在一定前置性，因此可采用将桥梁健康监测系统、轨道监测系统与综合监测及运维管理平台集成的方案；四电相关监控系统技术标准完善、系统应用成熟且为全线服务，宜采用与综合监测及运维管理平台互联的方案。

3.2 平台架构探究

根据前述分析，电监测系统按照与桥梁综合监测及运维管理平台互联考虑，工务类桥梁健康监测系统及轨道监测系统集成于平台考虑，部分系统集成于平台架构方案如图3所示。

图3 部分系统集成于平台架构方案Fig.3 Architecture scheme of some systems integrated on platform

桥梁综合监测及运维管理平台主要由信息处理平台、监控单元、现场采集单元、监测终端、管理终端、系统网络等构成。其中，监控单元、现场采集单元、各子系统管理终端、现场数据传输网络由各子系统分别设置，信息处理平台、监控终端、管理终端及核心网络设备由桥梁综合监测及运维管理平台统一设置。

信息处理平台负责数据的集中计算、存储、分析。同时还负责平台与其他系统之间的数据交互。

2）监测终端

监测终端作为综合监测与维护平台与运营维护人员之间的交互界面，主要负责对信息处理平台数据分析结果的呈现；对监控的现场数据的直接呈现；向运营维护人员提供状态告警信息。

3）业务管理终端

业务管理终端主要负责向运营维护人员提供综合监测及维护平台设备的运行状态、网络状态提供呈现和告警。

4）系统网络

系统网络负责实现处理中心至监控单元之间、监控单元至现场采集单元以及处理中心至监控终端之间的数据传输，还包括与平台互联的各监测系统与平台间数据传输。

4 总结

随着国内高速铁路网络不断拓展，越来越多的跨海高速铁路桥梁正在建设或规划建设中。然而，针对跨海铁路大桥的运营维护，仍需积累更多的经验，并且对铁路装备进一步升级，提高运营维护水平。综合监测及运营维护管理平台是综合超长跨海大桥特殊工点运营维护，结合高速铁路相关监测系统建设现状，对提高跨海大桥运营维护水平的探究。随着越来越多的跨海大桥投入使用、服役时间的不断累计、科学技术水平不断提升，国内高速铁路运维管理水平将再上新台阶。