桥梁结构状态评估方法研究现状与展望

桥梁老龄化日益严重,桥梁安全状态成为广泛关注的问题,对桥梁进行合理的状态评估有助于桥梁管理养护和危险预警,保证桥梁正常运营。首先介绍了桥梁健康监测系统,分析监测系统存在的问题。其次分别从试验、数据分析和数字孪生方面介绍了桥梁评估方法的研究现状,然后阐述了桥梁状态评估的发展与挑战,综合分析表明目前结构健康监测系统仍存在较多问题,试验方面基于动力测试的损伤识别和基于视觉监测的桥梁状态评估都有自身的局限性,海量的监测数据需要进行有效的处理,BIM技术下的桥梁健康监测系统能实现监测与养护一体化运维管理,数字孪生技术将为桥梁状态评估带来新的可能。     

公路桥梁智能检测技术研究进展

为促进公路桥梁智能检测技术的发展，系统梳理了桥梁智能检测装备、智能检测方法、智能损伤识别算法、智能安全评价及养护决策的发展现状与趋势。综合分析表明：随着桥梁智能检测技术的发展，针对桥梁检测环境和构件特点，出现了包括无人机、移动机器人、环形爬升机器人、多功能检测机器人、爬索机器人、水下机器人、声呐探测装置等多种类型的智能检测装备。智能检测装备大多采用搭载的图像采集装置进行病害信息收集，其避障及抗环境干扰能力和图像采集精度是设备性能表征的关键；在智能检测方法领域，图像采集技术、激光点云扫描技术、全息摄影技术发展日趋成熟，探地雷达、干涉合成孔径雷达及声呐探测技术可作为桥梁基础及冲刷深度检测的有效手段；但以光纤传感、热成像技术、声发射技术、超声波检测、电磁传感为特征的桥梁检测新技术，其抗环境干扰的能力还有待提升，需要进一步的工程验证。随着桥梁智能装备能力的提升、智能检测技术的发展，不同类型海量数据的涌现，传统的从病害、构件、部件到结构的分层综合安全评价算法已不能适应，采用数字孪生技术进行结构状况的实时再现与评价，以多源数据融合技术进行区域级、路网级桥梁服役性能及抗灾韧性评价是桥梁智能检测与安全评估的主要发展方向。     

中小跨径桥梁结构安全状态评估研究

针对目前中小跨径桥梁健康监测系统及结构安全状态评估相关研究不足的情况,以万埠大桥为工程背景,通过安装在桥梁结构上的健康监测系统获得实时监测数据,对桥梁结构应变及倾角数据进行分析处理。基于统计学原理,采用损伤预警理论中的无模型指标训练法对万埠大桥进行安全状态评估,通过该法计算得到桥梁结构应变及倾角值的安全阈值,将监测系统实时监测数据与安全阈值进行对比,评估桥梁安全状态,为桥梁管养部门管理决策提供依据,也为今后中小跨径桥梁安全评估提供实例借鉴。     

基于LoRa的城市立交桥远程监测数据采集系统

针对城市立交桥运营期间的结构健康监测问题,基于LoRa无线网络技术设计并研发了城市立交桥远程监测数据采集系统,并进行了工程应用。系统以物联网架构为基础,由安装于城市立交桥现场的传感器数据采集节点、无线传输节点和部署在云端的监测云平台的3部分组成。现场设备通过LoRa技术以星形拓扑结构进行无线组网,将采集的监测数据远程上传至云平台,最终实现了监测数据的自动采集、无线传输、远程监控、智能预警的全功能流程。监测结果表明,基于LoRa的城市立交桥远程监测数据采集系统对提高城市桥梁运营期间的安全管理水平具有积极意义。     

桥梁结构损伤识别研究现状与展望

随着经济的快速发展,结构损伤识别作为桥梁健康监测的核心也得到了迅猛地发展。为了全面总结现有桥梁结构损伤的识别方法,从基于结构响应类型的损伤识别方法、基于分析过程的损伤识别方法和结构智能损伤识别方法三个层面进行了详尽的剖析与总结,理清了各种结构损伤识别方法的脉络关系和技术演变过程。通过系统化分析,汇总了上述三大类损伤识别方法的主流算法,分析了各算法的优势与不足,最终对桥梁结构损伤研究领域未来的研究方向与走势进行了展望。     

中国长大跨桥梁结构安全监测系统研发现状及趋势

大型桥梁结构的健康监测(SHM)及安全评估是近年来国内外的研究热点,为了确保结构的安全,避免损伤的积累或灾变的发展,越来越多的研究机构和工程部门开始关注这个问题.本文介绍了中国大跨径桥梁结构安全监测系统的实施现状,内容包括传感器系统、传输系统、安全评估和整体结构的应用情况,说明了近几年中国桥梁结构健康监测系统的发展情况和未来趋势.     

基于多维融合及数字孪生的桥梁智能防撞系统

通过多维感知和融合技术,360°全天候实时监测和分析桥梁周围通行船只的状态。对于可能危及桥梁安全的船只,提前发出预警信息,并匹配数字孪生技术,生成桥梁的可视化数字模型,及时、直观地反馈给桥梁管理单位,以实现对桥梁环境的全面感知,保障桥梁安全。     

桥梁健康监测数据分析研究综述

基于采集到的海量桥梁监测数据,从信号处理与数据挖掘角度全面系统地阐述已有监测数据的处理方法,将数据处理流程归纳为“数据预处理”“结构安全预警”“结构状态及损伤识别”＂结构综合评估＂4大模块,并对各模块中现有信号分析方法及其应用实例予以介绍,为桥梁结构的健康监测数据分析进行概括性总结。     

基于物联网技术的桥梁健康监测与安全预警技术研究

基于物联网技术概念及应用情况,将物联网技术应用于桥梁健康监测与安全预警领域,以提高桥梁安全运营管理的水平和效率。针对桥梁健康监测传感器的选择和优化布设,监测数据的采集与传输,桥梁健康监测系统架构和功能,桥梁安全预警模型研究等方面探讨了应用中涉及的关键问题,为桥梁的安全运营和日常养护管理工作提供科学决策依据。     

基于SVM的桥梁状态监测方法

随着交通领域的迅速发展,保障桥梁安全、降低维护费用成为普遍关注的问题。以振动分析为基础、广泛借助信息技术的理论和方法,进行桥梁状态监测成为当前的研究热点。考虑到的桥梁损伤样本很难获得、个体差异使得损伤数据难以共享的实际问题,本文将桥梁状态监测归结为异常监测问题,引入基于SVM的一类学习算法从长期监测数据中获取正常状态的模式,实现异常状态的精确报警。文中采用香港汀九桥400小时实测数据,验证了这种方法的实际效果。     

大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望

结构健康监测（SHM）技术在许多大型桥梁的运营养护管理中均有应用，但已有监测系统积累的海量数据并未被充分解读。为将大数据技术引入到桥梁SHM数据的处理分析中，首先总结大数据的概念和构成要素；然后分析SHM数据的工业大数据属性，梳理桥梁SHM大数据的研究方向；随后综述包括处理技术和分析方法在内的大数据技术在桥梁SHM中的应用现状，在由数据预处理、数据融合、特征工程、模式识别、可视化构成的大数据分析流程中提出SHM大数据研究的需求和应用场景；最后对大数据技术在桥梁SHM中的前景与驱动力进行展望和讨论。结果表明：SHM大数据研究应以结构状态评估为落脚点；大数据处理技术在SHM的系统框架搭建及数据分析能力扩展方面虽已得到较多应用，但其并非SHM大数据研究的重点；SHM数据融合对大数据分析方法有迫切需求，以实现桥梁SHM数据与外观检测等多源异构数据的多层面融合；深度学习、集成学习为结构状态敏感特征的提取提供了新的算法；有监督、无监督机器学习方法结合海量SHM数据将对结构状态评估下的模式识别问题形成更全面的认知；异常识别、相关分析、迁移学习等方法可为实桥SHM损伤识别提供支撑。研究结果可为SHM领域的大数据研究提供参考。     

基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测试验

为进一步提高利用非接触式影像监测大型桥梁安全状态的精度与效率，实现结构健康监测系统兼有经济、可信且全息的技术理论优势，提出依据结构全息影像序列数据的非接触式机器视觉远程智能感知进行桥梁结构全息几何形态监测的方法。通过单机自动巡转桥梁立面动静影像全息监测系统试验装置获取试验桥在各损伤/作用工况下的原始动静影像数据，根据序列数据在时间、空间上具有强关联信息的特性，分别构建降噪及抗扰动单元、欧拉运动放大单元及运动信息提取单元进行全息几何形态测量，以历次试验监测数据为样本数据集，利用分层思想依次建立数据抽样和结构几何信息间映射的数学网络模型，经结构设计不断训练、调试与优化桥梁力学行为智能感知网络，最后获取试验桥在试验过程中的全息变形、全息变形包络谱、全息位移时程曲线。研究结果表明：该方法获得的数据与传统的常规接触式传感器实测值基本吻合，试验桥在各工况下的曲线变化趋势基本一致，全息变形测量值平均误差12.21%，全息变形包络谱测量值平均误差9.06%，全息位移时程曲线测量值平均误差8.55%，对环境规律噪声信号筛除效率为81.9%，基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测真实、连续、敏感、较为准确地反映了结构在各损伤/作用工况下的真实形态变化，可为后续进一步研究结构状态演绎以及损伤智能化识别方法奠定基础。     

桥梁抗震智能与韧性的发展

随着科学技术的飞速发展，各种新技术相互融合，改变着人们的生活，社会呈现出人口、建筑以及财富的高密度特征，人们对灾患的预警、应灾、灾后复原、恢复和重建能力有着更高、更全面的要求，桥梁抗震也向着对各种实际需求具有高质量、高性能适应性的智能性方向发展。为进一步深化可持续发展，当前结构抗震已经从基于生命安全的结构抗震减震转向震后结构功能可恢复与快速修复，这对桥梁抗震的韧性提出了要求。为此，首先介绍了桥梁抗震中智能和韧性的含义，指出其是桥梁抗震研究的2个主要关注点，阐明了智能和韧性之间的相互关联、相互补充关系。而后从近断层地震荷载、桥梁减震体系设计、桥梁装置的设计、可恢复结构和预制装配技术以及桥梁路网系统等方面，基于智能和韧性的视角，总结了研究人员为提升桥梁防震能力所做的努力。并基于现有的工作基础，从抗震体系或装置的多功能与高性能化、监测技术的高效发展以及韧性评价体系的完善方面，阐述了进一步推进抗震智能与韧性应该做的工作。最后，结合当前“互联网+”与“人工智能”等技术在社会各领域中表现出来的引领作用，对未来在设计、运营、震后维修等阶段如何方便、快捷、高效地保证桥梁抗震智能和韧性进行了展望和构想。     

桥梁信息管理与健康监测系统设计与开发

为实现桥梁从施工期到运营期信息化、数字化和智慧化管理,通过桥梁信息管理与健康监测系统的设计与开发,即按照全面的桥梁基础资料管理、长期运营监测数据与定期检测成果相结合、定期检测成果与加固维修措施相结合的原则,实现了桥梁全寿命期的一体化信息管理系统的融合及应用。系统提供了监测管理模块的多源数据采集、测点管理、图形绘制、监测预警,检测管理模块的移动端病害录入、技术状况评估、历年病害统计对比,加固维修管理模块的对策措施和费用匡算等功能。依据桥梁长期监测数据、检测病害,可综合评判桥梁健康状况,为今后开展桥梁养护管理及加固维修提供依据,有效提升桥梁运维管理水平。     

面向多源异构信息融合的隧道群组装备数据提取技术研究

为保证隧道施工多源异构设备数据的有效采集，针对施工群组装备运行数据特征，开展散布、异构设备数据的并行采集方案及技术研究； 在先行构建出数据采集系统框架、采集实施流程的基础上，针对设备多维、连续数据生成的特点，开展基于流数据管理（stream-based date management， DSM）的技术方法探究； 通过构建多并发数据采集（forward-oriented optimal concurrency control， FOCC）系统，实现多源异构数据的集采、并采。通过重点对前向乐观并发数据采集管理、采集设备自动组网技术方案进行研发实践，研发多协议集成、多接口并发采集、自组网、自主发送的“数据采集终端”，成功实现了龙门吊、泥水分离系统等隧道施工装备运行数据的实时提取。研究证明，提出的多数据并采技术方案可有效解决多源异构数据采集问题。     

中国桥梁工程学术研究综述·2021

为了促进中国桥梁工程学科的发展,系统梳理了近年来国内外桥梁工程领域（包括结构设计、建造技术、运维保障、防灾减灾等）的学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了桥梁工程学科在新材料与结构体系、工业化与智能建造、抗灾变能力、智能化与信息化等方面取得的最新进展;然后分别对上述桥梁工程领域各方面的内容进行了系统梳理：桥梁结构设计方面重点探讨了钢桥及组合结构桥梁、高性能材料与结构、深水桥梁基础的研究现状;桥梁建造新技术方面综述了钢结构桥梁施工新技术、预制装配技术以及桥梁快速建造技术;桥梁运维方面总结了桥梁检测、监测与评估加固的最新研究;桥梁防灾减灾方面突出了抗震减震、抗风、抗火、抗撞和抗水的研究新进展;同时对桥梁工程领域各方向面临的关键问题、主要挑战及未来发展趋势进行了展望,以期对桥梁工程学科的学术研究和工程实践提供新的视角和基础资料。（北京工业大学韩强老师提供初稿）     

数字孪生技术在城市主干路改建工程的应用实践

随着城市的不断发展和建设，道路改造项目逐渐增多。以上海市某主干路改建工程数字孪生技术应用为例，阐述了数字孪生技术在道路改造项目中的应用思路，分析了此类项目的特征和痛难点。通过数字孪生技术和BIM信息管理平台的应用，构建了设计、施工进度、成本、质量、安全、环境、智慧工地等数据，提升了管理精细度，为企业级平台提升提供样板。同时，形成了项目竣工数字孪生资产，为运维阶段提供可靠的数据支撑。