中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)與AI技術(shù)的爆發(fā)，橋梁進行全天候體檢已成為行業(yè)剛需。前不久，在武漢工程大學“工大學術(shù)周”上，來自中鐵大橋科學研究院的高級工程師胡俊亮以“智能感知，預見未來：橋梁健康監(jiān)測行業(yè)發(fā)展與展望”為題，結(jié)合行業(yè)實踐與技術(shù)沉淀，系統(tǒng)拆解了現(xiàn)代橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心邏輯——感知、傳輸、處理、應(yīng)用四層技術(shù)架構(gòu)。這套環(huán)環(huán)相扣的體系，清晰解答了橋梁監(jiān)測領(lǐng)域的核心問題：從傳感器捕捉數(shù)據(jù)到支撐管養(yǎng)決策，信息究竟要經(jīng)歷怎樣的淬煉之旅？作為一名長期關(guān)注基建數(shù)字化的觀察者，今天想結(jié)合中交路橋科技等企業(yè)的實戰(zhàn)案例，和你聊聊這套“四層密碼”到底是怎么運轉(zhuǎn)的。
一、感知層：精準觸達，筑牢數(shù)據(jù)源頭根基
任何橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，首先是讓橋梁具備“感覺”。感知層的核心無非兩點：測什么和測得穩(wěn)?，F(xiàn)在的技術(shù)路線已經(jīng)非常成熟：比如利用光纖光柵傳感技術(shù)植入主纜，隨著花江峽谷大橋等超級工程的應(yīng)用，這已經(jīng)被證明是監(jiān)測應(yīng)變和溫度的高效手段；針對大跨徑橋梁，北斗/GNSS位移監(jiān)測可以實現(xiàn)毫米級的索塔形變捕捉；而MEMS微機電傳感器則憑借低功耗、體積小的優(yōu)勢，適合大規(guī)模布點。
在這方面，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)集成能力至關(guān)重要。以中交路橋科技為例，他們在某大橋項目的實踐中，就按“一橋一策”布設(shè)了240個監(jiān)測項，覆蓋環(huán)境、作用、響應(yīng)等多個維度。這一層的邏輯很純粹：感知不準，后續(xù)所有的分析都是白費。
二、傳輸層：穩(wěn)定互通，搭建數(shù)據(jù)高速通道
精準采集的數(shù)據(jù)若無法及時回傳，再先進的感知設(shè)備也形同虛設(shè)。傳輸層的核心價值，就是為監(jiān)測數(shù)據(jù)搭建穩(wěn)定、高效、適配場景的傳輸通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)從“采集端”到“處理端”的無縫銜接。目前行業(yè)主流傳輸技術(shù)形成了清晰的場景化匹配邏輯：
1、工業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)憑借長距離、大帶寬、低延遲的優(yōu)勢，成為特大跨江橋梁、城市核心樞紐橋梁的首選，可支撐海量監(jiān)測數(shù)據(jù)與高清視頻圖像的穩(wěn)定傳輸；
2、5G傳輸技術(shù)兼顧高速率與靈活性，適配中短距離場景，能快速回傳振動、位移等實時數(shù)據(jù)，適配城市橋梁、互通立交等場景；
3、LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)）則聚焦野外中小橋梁，以低功耗、廣覆蓋、長續(xù)航的特點，支持設(shè)備電池供電數(shù)年，完美解決野外無供電、布線難的痛點。
甚至有研究表明，通過5G+LoRa的組網(wǎng)技術(shù)，不僅能實現(xiàn)超遠程傳輸，還能讓設(shè)備在低功耗模式下穩(wěn)定工作十年以上。這一層是橋梁監(jiān)測的“大動脈”，傳輸不穩(wěn)，數(shù)據(jù)就堵在路上，實時性就無從談起。
三、處理層：去偽存真，激活數(shù)據(jù)核心價值
數(shù)據(jù)傳回來了，但并不都是寶貝，很多是噪音。處理層的核心工作是“去噪”與“識別”。比如一輛重載卡車駛過，傳感器會捕捉到巨大的波形，但這究竟是結(jié)構(gòu)損傷還是正常的荷載響應(yīng)？這就需要算法來甄別。
目前的行業(yè)共識是“云邊協(xié)同”：在邊緣端，設(shè)備直接進行數(shù)據(jù)濾波和初步判斷，把明顯屬于環(huán)境干擾的數(shù)據(jù)過濾掉，只上傳異常信息，極大節(jié)約了算力和帶寬；在云端，利用AI大數(shù)據(jù)分析和數(shù)字孿生技術(shù)，將數(shù)據(jù)與BIM模型疊加，實現(xiàn)對隱蔽病害的三維可視化定位。
中交路橋科技在搭建監(jiān)測系統(tǒng)時，就采用了“邊緣采集+云端處理+AI算法”的架構(gòu)。這種做法的好處很明顯：如果處理層不夠強，系統(tǒng)就會天天誤報，最終淪為擺設(shè)。
四、應(yīng)用層：落地賦能，驅(qū)動管養(yǎng)科學決策
這一層是四層架構(gòu)的“終點”，也是檢驗系統(tǒng)價值的唯一標準：數(shù)據(jù)到底能不能指導管養(yǎng)？——將有效監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可落地、可執(zhí)行、可預判的管養(yǎng)決策依據(jù)，推動橋梁養(yǎng)護從“被動搶修”向“主動預警”、從“單點管理”向“全局協(xié)同”轉(zhuǎn)變。
講座中提到的鸚鵡洲長江大橋異常振動監(jiān)測，就是一個教科書級的案例。2020年，鸚鵡洲長江大橋曾出現(xiàn)可感知的波浪形晃動，正是通過高靈敏度傳感器捕捉到的數(shù)據(jù)，配合專業(yè)分析，迅速排除了結(jié)構(gòu)安全問題，避免了社會恐慌。
而在更廣泛的市政橋梁中，這種應(yīng)用更加接地氣。例如中交路橋科技為河北滄州23座重點橋梁打造的“智能哨兵”系統(tǒng)，不僅實時監(jiān)測橋墩位移，還能在汛期實現(xiàn)三級預警，5秒內(nèi)觸發(fā)現(xiàn)場聲光報警。更深層次的應(yīng)用在于，從“被動響應(yīng)”轉(zhuǎn)向“主動預測”。通過對長期荷載數(shù)據(jù)的機器學習，系統(tǒng)可以預判預應(yīng)力損失或支座老化，實現(xiàn)預防性養(yǎng)護。如果應(yīng)用不落地，整套系統(tǒng)就還是停留在報表里的“空中樓閣”。
感知不準，后續(xù)分析皆為空談；傳輸不穩(wěn)，數(shù)據(jù)便會滯留途中；處理不強，預警失去參考價值；應(yīng)用不落地，整套系統(tǒng)終將淪為擺設(shè)。橋梁健康監(jiān)測的四層技術(shù)架構(gòu)，是一套環(huán)環(huán)相扣、層層遞進的系統(tǒng)工程，缺一不可。從“智能感知”捕捉細微變化，到“四層架構(gòu)”筑牢安全防線，橋梁健康監(jiān)測的核心，從來都不是單純的技術(shù)堆砌，而是讓數(shù)據(jù)真正賦能管養(yǎng)、守護安全。未來，隨著技術(shù)的持續(xù)迭代，中交路橋科技也將繼續(xù)深耕四層架構(gòu)體系，以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動行業(yè)升級，為我國橋梁事業(yè)的安全、健康、可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。
