以“转型”之艇探游“数字”深海——基于监测数据融合分析的润扬大桥智慧管养

近年来，随着信息技术的发展,在桥梁管养领域以信息化、数字化为方向的“四新技术”不断涌现，取得较好应用。《数字中国建设整体布局规划》《江苏省“十四五”智慧交通发展规划》等政策也明确提出了交通基础设施数字化、智慧化的规划意见。润扬大桥同时包含悬索桥与斜拉桥两种典型的缆索体系桥梁，其中南汊悬索桥为单跨双铰简支悬索桥，主跨1490m，单侧设置91组吊索，跨中设置中央扣；北汊斜拉桥为三跨双索面斜拉桥，全长756.8m，主跨406m。两座主桥均为正交异性板钢箱梁。大桥日均车流量已达6万辆。

图1 润扬大桥

近年来，针对管养面临的重点问题，润扬大桥在以下方面开展了相关工作：

1.秉承预防性养护的理念，对于钢箱梁疲劳裂纹等早期疲劳病害及时介入。按照“保守处置、超前试验”的总体思路，对钢箱梁病害加以研究。采用TOFD（超声波衍射时差法）等新技术开展重点病害检测，并使用粘钢冷修复等疲劳裂纹处置新方法，为类似钢箱梁疲劳开裂养护积累经验。

2.在通车初期，即发现斜拉桥桁架式纵隔板有断裂和损伤的情况。随着运营时间延长，纵隔板损伤在全桥均匀出现，采用拆除后整体及局部响应监测—试验段试处置—监测处置效果分析的病害处置思路，通过数据验证结构受力，后期则经过改善构造细节，提升结构安全冗余。

3.在2016年之前，对于钢桥面的铺装，以日常养护为主。2018年铺设超高性能混凝土试验段，RBPC试验段通车5年，铺装层保持完好，无脱空无裂缝，桥面板应变降低30%，肋间挠度减少40%，应力幅则下降50%。

4.对于主缆的耐久性防护，在润扬大桥上，创新采用日本S形缠丝技术，形成致密、纤细的防护体系，并加装了主缆除湿系统，形成主缆的（被动防腐+主动防护）体系。

5.对于索夹与中央扣螺杆，开展检测与补张工作，保证紧固力剩余值高于设计值的70%，其中中央扣螺杆力损失较大，已对其实施智能监测。

6.针对伸缩缝增设了纵向限位，为支座增加了可视防尘罩，并进行了竖向支座以及抗风支座的更换。对塔、锚等大体积混凝土结构，利用高清摄像进行“抵近”检查，目前尚未进行大规模专项养护。

图2 润扬大桥管养重点

1.结构监测

结构监测体系也在逐步完善。2005年大桥通车时，悬索桥共设178个测点，斜拉桥则为43个测点。2018年，随着RBPC铺装试验段的进程，增加了钢桥面板应力应变和肋间相对挠度监测；2019年，针对斜拉桥南塔基础冲刷病害，增设了桥墩处地形、流速监测；2020年建立了钢桥面系服役感知系统，包含了温度、结构响应等指标，以及桥面动态称重系统，全面验证超高性能混凝土钢桥面的实施效果。

结构监测系统的持续完善与维护，对润扬大桥状态把控、安全预警与运营维护起到了重要作用。既有监测系统在特殊事件、结构超限等情况中发挥了预警作用，结构超限报警超过20次，特殊事件分析在50次以上。钢桥面系服役感知系统对UHPC铺装后钢箱梁应力应变等指标定量分析，对钢桥面刚度提升与疲劳减缓作用做长期对比分析，开展基础冲刷监测对冲刷趋势进行监测与分析，以上均为长大桥梁性能状态研究提供了原位测试条件与数据基础。

2.综合评估

在2020年大桥通车十五周年之际，管养单位利用检监测数据，开展了全面的综合评估，在评估的基础上，对养护手册进行了修编，并编制了中长期养护规划。总体的工作思路是借助高清摄像、爬索机器人等检测设备以及短期监测设备开展全面检查，结合历史管养资料、结构监测数据、有限元分析等手段综合分析。本次综合评估，进一步完善了特大桥综合评估体系框架，包含宏观受力、构件性能、功能评估、使用环境评估4大专项及若干分项，为后续的检监测数据融合分析提供了框架支撑。

图2 润扬大桥综合评估工作框架

近年来，各级政府也相继出台了相关政策，指导数字化发展，国家主管部门在2023年2月印发了《数字中国建设整体布局规划》；交通运输部、省交通厅也都明确提出了交通基础设施数字化、智慧化的规划意见。江苏交控也在“五大样板”工程中，给出了数字大桥建设的具体指导意见，分别为数据融合、智慧预警及养护决策。

结构监测系统是最重要的数据来源，为积极响应《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》，润扬大桥融合常规+专项监测优势，资源整合，实现系统升级后“1+1>2”。以传统监测为基础，融合车辆荷载时空分布、钢桥面铺装服役感知、基础冲刷监测、动态称重系统、除湿系统等相关数据，形成监测数据平台，并探索多模态智能监测。结合管养中的检监测数据，本次升级的重点主要包括防船撞预警，伸缩缝U梁应变与声纹监测，支座位移，RBPC铺装路面性能，索塔混凝土结构裂缝，基础冲刷，风致振动，钢结构疲劳等。

图4 润扬大桥监测系统升级架构

升级后监测测点覆盖环境、荷载作用、结构响应、结构变化，包含了传统监测与专项监测。其中专项监测内容包括：自由流车辆荷载时空分布、钢桥面铺装服役感知-声发射、基础冲刷、防船撞多级预警、支座伸缩缝多模态智能监测，总体较为全面。其中悬索桥原有测点175个，新增测点379个，升级后测点合计554个；斜拉桥原有测点321个，新增测点256个，升级后测点合计577个。

1.数字化检测

除了监测以外，润扬大桥研发了钢箱梁疲劳裂纹AI智能巡检机器人，通过钢箱梁内自动化控制，实现图像标准化采集，利用深度学习算法实现裂纹定性与定量识别，并形成病害数字档案，进行统计分析。

图5 润扬大桥钢箱梁疲劳裂纹AI智能巡检机器人应用

此外，管养单位利用激光雷达扫描生成的点云模型，开展了主桥与接线特大桥梁测量工作，采集了包括线形、塔偏、吊索长、斜拉索长、匝道线形与沉降等一系列桥梁实际几何数据，持续测量与数据变化对比。

图6 润扬大桥激光雷达点云技术应用

未来的特大桥梁管养工作任重而道远,江苏省规划建设的过江通道中,已建18座,在建7座,待建17座,如何更好、更经济地对过江通道进行管养将是一个持续课题。

对于已建桥梁，需要做好检监测数据融合分析与应用，数据融合的前提是构建统一的数据标准，以便进行历史数据清洗、现有数据汇集、新增数据接入与更新。在统一的数据标准体系下，结合智能检测的新设备、新技术，进一步扩大数据来源，将正在应用的、未来可能投入管养的设备产生的数据接入进来，实现统一的设备管理、控制、数据汇集与存储。

在标准化的数据基础上，利用数据进行评估、预警与决策，润扬大桥初步规划了6个评估决策模块，包括总体通行情况、宏观受力、正交异性板疲劳、缆索系统、约束体系和针对常规病害的统计分析与养护辅助决策。目前专项评估模块的通用实现思路，是将多源数据汇聚于评估分析模型中，用专项评估的方式提供智慧预警和辅助决策。通过专项评估模块的研究，构建统一的数据应用平台，来实现新时期的“苏式五精养护”。

图7 基于多源数据融合分析的专项评估技术路线

目前，江苏省还有一批在建重大桥梁工程，比如常泰长江大桥、张靖皋长江大桥等，在建设期也开展了卓有成效的工作。“常泰未来智慧大桥示范工程”获批成为2021年交通运输部“交通运输新型基础设施重点工程”项目，也是江苏省唯一入选的智慧公路重点工程。

我们将立足数字管养需求，主动融合建设期关键数据，建立数据共享传递机制，解决以往建养信息脱节、管养基准状态不准确等问题，构建建养一体化数字底座，为数字管养提供精准性、唯一性、原始性和准确性的数据支撑。将重点对接建设期BIM系统、施工监控及健康监测系统等，关注关键结构设计参数、质量及试验过程检测数据、材料溯源信息、初始检查数据及BIM模型等移交及传递。建养一体化数据底座可为运营期数字大桥建设提供关键数据支撑；通过打通桥梁建设期和运营期数据割裂状态，构建全寿命周期的数据链、知识库，为桥梁的长期运维创造价值。

为响应“交通强国”战略，作为桥隧大省，江苏省拥有世界级桥隧集群科技创新载体窗口，应有建养一体承担示范作用的使命担当。为了充分发挥集群效应，促进桥隧建养领域的科技创新发展，江苏省交建局和江苏交通控股正在润扬大桥茅以升公园内，建设江苏省长大桥隧科技创新交流中心，打造集“科技创新+人才培养+文化传承+品牌建设”于一体的开放式平台。