在役桥梁数字化、智能化运维技术
详细说明
桥梁是交通运输的咽喉，在现代交通中发挥着关键性和控制性作用。经过几十年快速的提升，我国公路桥梁数量早已位居世界第一。但是，作为桥梁大国，桥梁管养体量之大、任务之重，已然成为世界级难题。为此，我国制定了《交通强国建设纲要》、《数字中国建设整体布局规划》等重要国家战略，要求公路交通数字化转型，国家交通主管部门也相应出台了《推进BIM技术指导意见》、《开展公路BIM技术应用示范工程建设》、《交通领域科学技术创新中长期发展规划纲要》等一系列重要政策，强调一定要通过应用新的技术，新的手段，实现科学管养，确保桥梁安全运营。
在役桥梁数字化、智能化运维技术是行业内的重大需求。然而，公路桥梁数字化转型不是一蹴而就的，而是一个现代信息技术与传统交通运输产业不断融合的过程，是一个目标与手段共生互动的过程，也是一个随技术进步不断的提高的演进过程。因此，在这样的一个过程中，要一直探索，把握公路桥梁的基本特点，把握数字化应用的基本特征，打通技术应用与需求的结合点，实现“从设备设施到软件系统、从业务流程到数据模型、从经验角色到数据赋能”的全面数字化转变。
下面，结合多年研发以及广泛的试点应用情况，对在役桥梁数字化、智能化运维几项技术作一简单介绍：
BIM技术的数字化、可视化特性，为管理质量提升、数据交付转移提供了便利。为提升BIM技术在桥梁管养领域的应用，促进科学管养，实现降本增效目标。我们研发基于BIM的桥梁资产及运维数字化系统，该系统主要特征是：通过轻量化、批量化建模，实现桥梁资产及运维的三维数字化管理；通过推进桥梁运维信息化管理方式从二维向三维的升级，提升桥梁养护信息数字化水平，提升可视化、数字化管理能力；通过系统功能展示和管理桥梁历史病害的动态发展及桥梁运营状况的变化过程，做到桥梁不利状态的早发现、早预警、早处理，确保桥梁管养的及时性、便利性和高效性。
该系统是行业首个基于轻量BIM技术，立足于典型梁式混凝土桥梁桥群的数字化管养平台，平台实现了桥梁资产的三维数字化管理、定检数据的三维化、数字化录入、基于全生命周期的病害数据动态管理，可为桥梁科学管养决策提供精准的数据支撑。系统具有平台数据展示、统计分析、桥梁分幅评价功能及病害全生命周期动态展示和管理功能，支持基于桥梁全生命周期理念的病害动态管理。
该系统主要为桥梁管养数字化转型提供重要的技术支撑和解决方案。系统包含适应管养需求的轻量建模软件、基于桥梁模型的三维智能采集终端、桥梁资产及运维数字化管理系统。创新点：
（1）通过轻量化技术建立典型梁桥部构件模型库和参数库，实现快速低成本桥梁轻量BIM建模，为桥梁三维数字化管理奠定数字底座基础；
（2）以桥梁模型为底座，通过本项目开发的三维智能采集录入终端，实现桥梁检测及运维信息的标准化、可视化、数字化录入，信息直接上传系统，提升检测质量和效率；
（3）基于BIM的桥梁资产及运维数字化管理系统以数字化、三维化、可视化的形式展示和管理桥梁资产及运维信息。
基于数字图像技术的桥梁轻量化监测系统是融合数字图像、物联网、云平台、大数据、边缘计算、4G/5G等信息技术，对特大桥桥塔、索（杆）、梁体等重要部位和阻尼器、伸缩缝、支座等重要构件的时程位移等信息实现基于视频的可视化、数字化监测的一套新型监测系统，可更精准、更高效、更低成本的实现特大桥梁实时安全监测和预测预警。
(2)、硬件轻：传感器所见区域即可数字化表达,监测范围更大,内容更丰富,少量硬件即可覆盖主要监测区域；
(5)、边界影响轻：核心算法保证亚像素级别特征识别,模态识别消除边界影响。
为了实现桥梁梁底自动化、精准化、数字化、智能化检测目标，我们研发了特大桥梁底自动化检查系统。具体内容：
一是部署轻型车载底盘或者桁架平台等形式的运动机构，搭载多传感融合的高分辨率组网阵列相机采集末端，同时开发采集控制管理系统开发（包含桁架运动同步控制管理系统、云台控制系统、相机同步触发系统、数据存储系统），形成自动化数据采集系统，对梁底表观进行自动化采集。
二是开发图像处理系统（包含：图像空间定位模块、深度学习病害智能筛选模块、图像拼接处理模块、病害量测和标记模块、病害三维数字化展示和管理模块），部署智能化的图像数据处理分析软件，进行自动处理分析。
该系统集成自动控制技术、高清摄像技术和图像病害智能检测技术，可实现桥梁梁底高清图像的自动采集及图像数据的自动处理分析，为科学养护提供决策支持。
基于BIM的桥梁资产及运维数字化系统适用于我省桥梁的数字化管养；基于数字图像技术的桥梁轻量化监测系统，适用于普通梁桥轻量化监测系统和特大桥关键约束装置的监测；特大桥梁底自动化检查系统适用于特大桥梁底自动化检查，提高检查的质量和安全性。
目前，特大桥梁底自动化检查系统已经在浙江省西堠门跨海特大桥、湖南省厦蓉高速公路赤石特大桥、官新高速公路雪峰湖特大桥等桥梁得到应用，效果良好。