概述

通航大桥建于1998年，是一座连接城市两岸的重要交通枢纽，日均车流量超过10万辆。由于其重要的交通地位和高强度的使用频率，确保大桥的结构健康和安全成为首要任务。在2023年，桥梁管理部门决定引入云端BIM（Building Information Modeling）结构健康监测系统，对桥梁进行长期的健康监测和维护管理。

系统监测特点

桥梁监测系统无线智能传感器技术，对桥梁工作环境、车辆荷载、主桥线性、斜拉索力、主塔沉降和偏位、主梁应力和振动等进行实时监测。及时掌握桥梁筑结构在复杂运营状态下的基本情况。

桥梁在线监测系统示意图

1、监测目标:

确保桥梁在使用寿命内的安全性和可靠性。及时发现和预防潜在的结构性问题。优化桥梁维护和维修计划，延长桥梁使用寿命。

2、监测系统设计：

2.1传感器布局：

桥墩和桥台上安装了位移传感器。

桥面上布置了加速度计和应变计。

在关键节点（如悬臂端、支座处）安装了裂缝监测仪。

布设环境监测传感器以监测温度、湿度和风速等外部环境因素。

2.2数据采集与传输：

采用无线传输系统，将传感器数据实时传送至监控中心。

数据采集频率根据监测需求设定，一般为每小时采集一次。

2.3数据处理与分析：

数据处理软件用于数据存储、整理和初步分析。

结构健康监测系统（SHM）进行深入分析，评估桥梁健康状态。

3、监测过程

初期监测

初期监测主要集中在桥梁建成后的结构稳定性评估。

通过初装传感器收集数据，建立桥梁基线数据。

中期监测

监测频率逐步增加，以应对交通量增长和自然环境变化。

通过数据分析，发现了一些轻微的结构性变化，及时进行了维护。

后期监测

随着桥龄增加，监测系统升级，增加更多高精度传感器。

重点监测桥梁的疲劳情况和老化现象。

通过监测数据发现某桥墩出现裂缝，及时进行加固处理，避免了严重结构损伤。

现代监测

引入人工智能和大数据分析技术，提高监测和预警能力。

通过长期监测数据积累，优化了维护和维修计划，大幅降低了桥梁维护成本。

采用无人机定期检查难以到达的结构部位，进一步提升监测覆盖范围和精度。

4、监测系统实施

4.1.初步调查和BIM模型创建：

   - 2023年，桥梁管理部门与广创云建筑科技专业技术公司合作，对桥梁进行了详细的结构评估。

   - 基于评估结果，创建了桥梁的详细BIM模型，包括所有的结构细节、材料信息和设计算法。

4.2 传感器网络安装：

   - 在桥梁的关键结构部位（如主梁、桥墩、缆索）安装了多种传感器，包括应变计、加速度计、位移传感器和温度传感器。

   - 这些传感器通过无线网络实时传输数据至云端平台。

4.3 云端数据处理和分析：

   - 数据实时上传至云端服务器，通过高级数据分析算法进行处理。

   - 结合BIM模型，系统能够实现对桥梁结构健康状态的全面监测，包括应力分布、振动模式和温度变化等。

4.4 预警和维护决策支持：

   - 系统通过大数据分析和机器学习算法，能够对异常情况进行早期预警。

   - 管理部门可以根据系统提供的建议，及时安排维护和修复工作，避免桥梁结构进一步恶化。

 5、成果与成效

5.1 结构健康监测：

   - 通过一年多的连续监测，系统提供了详尽的桥梁健康数据记录，使管理部门对桥梁的结构状态有了全面的了解。

   - 例如，在2023年6月，系统分别检测到桥梁某些部分应力异常，及时进行了加固和修复，避免了潜在的安全隐患。

5.2 延长桥梁寿命：

   - 通过预防性维护和及时修复，桥梁的使用寿命得到了显著延长。

   - 根据最新的评估报告，该桥梁的预期使用寿命已从原先的50年延长至70年以上。

5.3 成本节约：

   - 通过利用云端BIM监测系统，桥梁管理部门减少了不必要的人工巡检次数，降低了维护成本。

   - 在过去的一年中，系统的运行和维护成本仅为传统监测方法的一半左右。

5.4 提高安全性：

   - 云端BIM系统的实时预警功能大大提高了桥梁的安全性，避免了多次潜在的安全事故。