5G技术在桥梁施工、监测及维保中的应用探讨

周 敏 张超男 于汇杰 张 睿

（内江师范学院建筑工程学院，四川 内江 641100）

0 引言

随着5G技术研发成功并逐渐成熟，给生产建设、经济发展、技术革新以及娱乐生活注入了新的发展动力。自2019年5G商用开始，全国各地都积极推进5G信息基础设施建设进度，截至2019年年底，全国已建成5G基站超过13万个[1]。基于5G基础设施的逐步完善，5G技术也在各行各业得到广泛的应用，比如5G+医疗、5G+北斗、5G+AI、5G+8k等，也为在桥梁施工、检测和维护中的应用提供了可能。

桥梁作为交通系统的重要组成部分，我国于20世纪90年代末开始进入桥梁建设高峰期，截至2015年底，国省干线约16%的桥梁服役时间超过25年，约31%的桥梁服役时间超过15年[2]。需要注意的是，在役桥梁会因性能劣化、超载等因素引起桥梁损坏，容易造成人民群众生命安全和财产损失。因而面对如此众多的桥梁，将5G技术引入到桥梁工程建设和后期监测中变得尤为重要。本文在介绍桥梁工程建设施工及后期监测维保中所存在的问题和5G技术性能特点的基础上，重点探讨了5G技术在桥梁施工、后期监测及维保过程中的应用。

1 桥梁工程在建设及后期监测维保中存在的问题

1.1 影响因素分析

桥梁工程在建设期间及后期监测维保中会受到许多外界因素的影响，这些因素根据成因大致可以分为两类：人为因素和自然因素。这些影响因素会存在损坏桥梁内部结及其安全的风险，受损的桥梁需要及时进行修复，受损严重的桥梁只有报废重建，都需耗费大量的人力物力，因而有必要做好桥梁的监测及后期维保。

（1）人为因素

影响桥梁安全的人为因素很多，主要集中在后期使用过程中，比如，长期车辆超载会使桥梁结构产生较大变形，并且这种变形是不可逆的，超载同时会使桥梁结构承载能力下降；当船舶或车辆发生意外撞击桥梁时，会破坏桥梁的稳定性，特别是船舶撞击桥墩，会导致桥梁发生较大偏移并且巨大的冲击力还会破坏混凝土的内部结构；爆炸产生的压力会直接破坏桥面与梁的内部结构，如材料破坏、结构内部变形，随之产生的冲击波也会使桥梁发生明显的摇晃偏移。

（2）自然因素

自然因素如地震、潮浪、大风等一旦发生，不仅在桥梁建设期间，还在后期使用维保过程中，都会给桥梁工程的安全性带来极大的危害，特别是震级较高的地震会直接造成桥梁结构发生不可逆的损伤及巨大破坏。

1.2 存在的问题

（1）施工方面

近年来，随着装配式建筑技术在大型桥梁施工过程中的应用，大大加快了桥梁建设的速度，但装配式桥梁在拼接施工过程中存在对接精度不够、对接过程耗时耗力等难题。无论是预制墩柱与基础的拼接，还是上部结构与墩柱的拼接都存在施工缓慢、对接困难的问题。装配式桥梁施工拼接过程中，塔吊工人不能近距离看到拼接作业的准确状况，就只有依靠现场拼接作业的工人与塔吊工人的密切配合来完成。若两者配合不默契，拼接过程就需要反复尝试，这样就会耗费大量的时间和人力，客观上就会延长施工周期，最终会影响桥梁的建设进度，加大桥梁的建设成本。

（2）监测方面

传统的桥梁监测主要依赖于现场检测来完成，检测方法主要有外观检测法和局部检测法等。这些检测方法往往需要检测人员携带各类仪器设备亲临现场开展检测，检测过程不仅费时，而且费力，更重要的是不能连续获取到桥梁监测的数据。因而，桥梁如果一旦遭遇突发意外事件的损害时，不能第一时间获取到信息及有效的数据，就无法及时有效地评估桥梁的健康状态，给后期维保带来极大的不便。

（3）维保方面

桥梁监测系统一般采用光纤网络传输数据，一般接入距离比较远，常常需要使用专用通讯线路，光纤网络的建设及租用成本都很高，导致后期的维保运营成本同样很高[3]。

2 5G技术的性能特点及应用场景

作为移动通信网络中发展的第五代网络，与4G进行对比分析，5G在关键性能指标方面的优势非常明显。5G与4G关键性能指标的对比如表1所示。

表1 5G与4G关键性能指标的对比

从上表对比分析可看出，5G网络不仅传输速度快，而且还存在低时延、能与大规模设备连接等优势及特点。在此基础上可以建立工业互联网、智能互联网，不仅实现信息的传输，还可以重新构建安全体系。因此，5G技术主要应用于增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）、超可靠和低延迟通信（uRLLC）等3种场景[4]，具体应用如图1所示。

图1 5G的三大应用场景

3 5G在桥梁施工及监测、维保中的应用

随着移动通信技术的快速发展，可基于5G网络技术的性能特点及其优势，将其应用于桥梁工程的建设施工、后期监测及维保中，提高桥梁工程建设的水平和后期维保管理水平。

3.1 在桥梁施工中的应用

利用5G+技术，在桥梁施工现场搭建5G网络，将施工机械设备及各种监测仪器接入5G网络，从而实现桥梁施工过程中的各种数据的实时传输和接收，极大地方便了施工技术人员对施工过程的管理和监督。利用5G网络，可以对现场建筑材料的使用进行实时监管和科学调配，以最优的库存数量保障施工的顺利进行，既可以杜绝因物资缺乏导致的停工，还能防止现场过多的积压物资造成资金的占用；利用5G 网络将现场施工数据及时接入BIM系统，基于BIM系统的可视化和协调化的性能特点，实现施工现场的可视化管理，并有利于现场不同作业部门之间展开高效地协同，以保障施工质量并提高施工作业的效率；5G技术的高传输速度及低延时特点，还能极大地提高施工安全管理，第一时间获取到现场施工数据，安全管理系统就可以第一时间进行预警，便于现场管理人员以最快的速度作为判断和决策，还可以通过接入的数据分析出潜在的安全隐患。

装配式桥梁无论是预制墩柱与基础的拼接，还是上部结构与墩柱的拼接都存在施工缓慢、对接困难等问题，利用5G技术就可以很好地解决拼接施工过程中存在的对接精度不够、对接过程耗时耗力等难题。利用“5G+无人机”技术，借助特制的可伸缩式无人机对拼接过程进行全方位、无死角微拍，然后通过5G网络高速率、低时延的特性将桥梁拼接现场画面实时传送给塔吊工人，塔吊工人就可以第一时间了解构件拼接的准确状态，便于调整角度与距离，从而快速完成对接拼装工作。此外，还可以在梁上安装红外线定位系统，对拼接处进行两端定位，将对接拼装定位数据实时传输到塔吊工人面前的屏幕上，塔吊工人就可以直接通过数据来调整角度或距离，无需交流就可以直接拼装完成。依靠定位数据进行拼装，不仅定位准确、拼装精度高，还节省了大量的拼装时间，大大缩短了施工周期。

3.2 在桥梁监测中的应用

利用5G技术，可以实现桥梁的远程监测和监测数据的实时传输。通过BIM 三维数字建模和接入的监测数据，实现远程可视化监测以及桥梁状态智能化分析，可对桥梁安全存在的隐患进行自动预警或报警，有助于连续获取桥梁状态数据，更加精准地判断桥梁结构的健康状态，及时发现和预防安全隐患，不仅避免了传统检测的费时费力，还避免了人力现场检测作业的安全风险。港珠澳大桥开展的5G智慧桥梁监控项目，就是5G+桥梁监测上的一种具体应用。它主要通过5G网络及北斗卫星实时监测桥梁安全，提高大桥应急管控能力。

3.3 在桥梁维保中的应用

利用5G 技术，可以实现桥梁维保的精细化和智能化。通过5G网络将桥梁监测的数据实时传输到管理端，管理端对监测数据进行大数据挖掘和智能化分析后，自动给出预测性维保方案，基于维保方案就可以及时制定维保计划并组织实施，极大地提高桥梁维保的及时性和有效性，并有效降低了维保的成本。此外，通过监测数据还能准确对桥梁的损伤部位和损害程度进行定位，便于快速、有的放矢、精准地对桥梁进行维修。

4 结束语

桥梁工程在建设期间及后期监测维保中会受到许多外界因素的影响，这些影响因素会存在损坏桥梁内部结及其安全的风险，受损的桥梁进行修复或报废重建，都需耗费大量的人力物力。基于5G网络技术的高速率、低延时等性能特点及其优势，将其应用于桥梁工程的建设施工、后期监测及维护中，实现桥梁施工过程中的各种数据的实时传输和接收，极大地方便了施工技术人员对施工过程的管理和监督；解决装配式桥梁在拼接施工过程中存在的对接精度不够、对接过程耗时耗力等难题；实现远程可视化监测以及桥梁状态智能化分析，可对桥梁安全存在的隐患进行自动预警或报警，有助于更加精准地判断桥梁结构的健康状态，及时发现和预防安全隐患并实现桥梁维保的精细化和智能化，从而有效提高桥梁工程建设的水平和后期维护管理水平。