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    BIM+物联网+大数据,沌口长江大桥的智慧管理

    信息发布者:q15171689829
    2018-10-15 09:51:31

    BIM+物联网+大数据,沌口长江大桥的智慧管理


    目前在世界上已建成的主跨径最大的前10座斜拉桥、悬索桥、拱桥和梁式桥中,我国分别占有7座、6座、6座和5座。中国桥梁的关注点已从“建好桥”逐步转变为“养好桥”。武汉沌口长江公路大桥是中国交建以BOT+EPC模式投资建设,运营养护期30年,依托BIM、物联网、监控等信息化技术手段,创新开展信息化建设运营管理探索。

    重载宽幅的过江通道

    武汉沌口长江公路大桥(以下简称沌口桥)由中国交建以BOT+EPC模式投资建设,是湖北省重要的货运车辆过长江通道,是武汉市四环线跨越长江的关键控制性工程,也是连接武汉市经济技术开发区、洪山区及江夏区的最便捷过江通道。沌口桥西起四环线西段,南接四环线南段,全线里程8.599km,双向4车道,总投资52.25亿元,是国内目前已建成通车的最宽跨长江大桥,重载宽幅是大桥的主要特点。全线左、右幅桥梁长度分别为6707.78m和6736.78m,跨江主体工程左、右幅桥梁长度分别为3191.28m和3220.28m。

    其中跨江主桥长1510m,为100+275+760+275+100m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥,其接线工程路线长5379m,设大中桥5座,涵洞3座,通道4座。依托信息化应用,开展大桥建设运营管理是沌口桥持续推进的主要工作。

    BIM+物联网+大数据,沌口长江大桥的智慧管理


    依托BIM技术的全生命管养

    BIM技术在现代桥梁建设阶段应用较多,而将其成功应用到运营阶段的较少,沌口桥项目依托BIM技术,实现了大桥全生命周期管养。

    1.在大桥建设期,依托BIM技术建立了BIM协同管理系统。在大桥建设之初,沌口桥项目依据桥梁设计,集合桥梁各部件的具体几何尺寸、材料属性、配置特征等基本信息,建立了BIM数字化信息模型。同时集成了质量、进度、安全、风险、成本控制等信息,辅以GIS、物联网技术,实现了规划、设计、建造、管理的全过程信息化管理。一是生成计划与实际进度信息模型,通过可视化查询、偏差状态分析,追踪工程进度;二是通过手机端采集现场质量安全问题推送至平台,推送短信提醒,实现问题采集、跟踪、处理闭合式管理;三是分解工程量清单,把工程量及费用信息赋予模型,实现计划与实际成本比对管控;四是对接视频监控系统的数据库,实时动态监控现场施工人员与环境安全。

    2.在大桥运营期,基于BIM模型开发了桥梁健康监测系统。该系统是一个集结构分析计算、计算机技术、通信技术、网络技术、传感器技术等高新技术于一体的综合系统工程。监测系统由3大部分组成:健康监测系统、健康与安全分析评估系统、管理应用系统。

    BIM+物联网+大数据,沌口长江大桥的智慧管理


    (1)健康监测系统。监控系统负责结构安全信息采集。主要采集主桥、引桥、悬索等位置安装的近700个传感器信息,包括桥梁结构的荷载(风力、温度、交通荷载、地震等),桥梁结构静力响应(线形、索力、应力等),桥梁结构动力特性(频率、阻尼比和模态振型等),以及桥梁结构在运营期出现各种结构变化信息。

    (2)健康与安全分析评估系统。健康与安全分析评估系统负责结构安全信息处理判断。结构安全信息处理判断就是识别影响结构安全性的各种因素,包括建筑材料性能退化、结构抗力下降、荷载超限、结构静力及结构动力特性等参数的异常变化。通过对这些参数的测试采集、分析处理和识别判断,形成健康监测日报、月报和年报输出数据及图形,评估桥梁结构安全等级和适用条件。

    (3)管理应用系统。管理应用系统包括安全预警、危险报警、交通管制和管养决策等方面。同时,利用健康与安全监测系统提供的平台进行设计验证方面的研究工作,能够分析桥梁在各种荷载长期作用下的静动力特性变化规律。通过管理应用系统实现结构安全主动控制。

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    信息化实现管养精细化

    沌口桥项目人员结构比较精简,要实现大桥精细化管养,必须依托信息化手段提升工作效率。

    1. 配置豪华版监控系统,为多渠道采集信息提供基础。沌口桥监控系统由闭路电视、交通诱导、有线广播、车辆检测、气象检测、车牌识别、本地控制等11个子系统组成,提供了多渠道的信息采集、道路监控、远程控制功能,在开通运营的公路大桥中属于豪华版配置。全桥共安装有摄像机105台,基本实现了大桥全方位、无死角、监控全覆盖,配备了交通事件检测系统。该系统采用图像预处理技术、图像背景提取和更新技术、航天多目标识别与跟踪技术,对道路上突发的停车、逆行、行人、遗撒物、交通事故、车辆拥堵等交通事件进行实时检测、报警、记录、传输、统计,并将事件视频图像及报警区域图像切换到主监控画面,从而实现第一时间内自动报警。交通事件检测系统与语音喊话、报警电话系统相结合,为实现信息服务“可知可导可达”、应急管理“可测可防可控”提供信息化保障。提前预警,有效避免通行车辆在大桥滞留后形成的单边拥堵荷载问题。

    2.应用信息化养护平台,提高运营管理工作效率。无纸化办公、信息化养护已成为收费公路道路、机电养护的趋势。沌口桥建立了涵盖资产、巡查、保养、维修、材料出入库等一套完善的信息化管养综合平台,在日常养护中发挥了重要作用。一是将作业流程、养护周期、资产台账等录入平台,平台根据时间节点,自动下发任务至相关业务人员的手机端。二是业务人员根据任务要求,在规定的时限范围内,提醒开展巡检、保养、维修工作。三是对于需要调用材料的事项,由需要人提出申请,分级审批后,完成电子调拨手续。四是根据采购、报废等流程信息,自动更新资产台账。通过信息化养护平台,极大地减少了人工统计工作量,规范了养护作业流程及内业资料,提高了运营管理效率。

    3.借助科技化治超手段,为大桥健康稳定运营提供保障。众所周知,桥梁的钢箱梁顶面受超限车辆长期作用容易出现疲劳裂缝,降低桥梁的耐用性,目前正在维修加固的武汉军山长江大桥就是这种状况引发的病害。在治超方面,沌口桥采取“以疏代堵、疏堵结合”的方式,在上桥两侧接线互通前,安装有动态称重检测设备和可变情报板,将检测到的超限车辆信息,通过发送情报板来提醒即将上桥的司机,引导超限车辆不准通行沌口桥,降低超限车辆过桥率,减少超限车辆对大桥的危害。目前湖北省平均超限率为3.78%,沌口桥超限率仅有2.8%,科技治超发挥了较为重要的作用。

    4.开展“六种”数据比对,及时发现异常设备。沌口桥现有2套标志站、7套微波车检、1套一类交调站、3套动态称重设备,同时湖北省提供有车型清分明细。沌口桥项目将上述不同类型设备采集的数据进行横向比对,来判断设备的稳定性、识别的准确性的参数,为设备精准调试提供数据参考。截至目前,已陆续发现了一类交调识别率为117%和标志站识别率仅为89%等一系列差异性数据,及时通知了设备提供商进行参数调试,确保了大桥设备的稳定运行。

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    QC攻关提高收费精确清分比例

    沌口桥是经营性高速公路,属于未自设收费站的特殊项目,需要通过在主线架设车牌识别标志站的方法,解决车辆精确路径识别、精确收费清分的问题。路径识别设备参数、性能的好坏,直接影响着项目收益。

    根据施工设计,沌口桥项目标志站牌照识别采用500万像素车牌抓拍设备,设备的捕获率应达到98%以上、识别正确率达85%以上。沌口大桥路段目前日均流量达万余辆,如按设计要求的识别正确率统计,每天将有千余辆车未能识别,每天带来近10万元的损失。

    为了验证和提高标志站牌照识别设备的捕获率、识别正确率,沌口桥成立了QC攻关小组,通过查看设备参数及了解其他单位情况,确定了捕获率应达到99%以上、识别正确率达98%以上的攻关目标,开展了专项课题研究。一是利用人工图像稽核的方式,确定了现有设备的识别率为85%、捕捉正确率为89%。二是组织小组人员采取头脑风暴法,从人、机、料、法、环5个方面分析,确定了设备性能为主要影响因素。三是根据分析结果,将500万像素识别设备更换为性能更加优良的700万像素设备,实现了标志站牌照识别的捕获率99%以上、识别正确率98%以上的攻关目标。四是为了降低标志站牌照识别设备故障对精确路径识别造成的影响,小组在同一断面增加了一套路径识别设备,确保全天候路径精确识别。

    BIM+物联网+大数据,沌口长江大桥的智慧管理


    通过QC攻关,降低了标志站牌照识别正确率低对精确路径识别造成的影响,为其他多义性路径识别设备需求运营管理单位提供参考。

    因沌口桥项目采用BOT+EPC模式,有着从设计、建设、运营、养护均由中国交建所属项目公司运作的优势,能从全生命周期考虑信息化结合问题,对其他收费大桥管养信息化提供一些参考。由于沌口桥项目运营时间较短,各项工作仍在不断完善和优化。未来随着科技的进步、社会的发展,沌口桥会把“互联网+”、大数据等手段丰富到信息化运营养护管理工作中,把打造开放共享、绿色智慧的现代化交通梦贯彻到工作始终。


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