万宾科技大规模中小桥梁群结构健康监测技术与应用

改革开放以来，我国桥梁进入了飞速发展阶段，中国在桥梁基础、桥塔、缆索、主梁建设等工程装备方面也取得了突破性的进展，这些成就标志着中国桥梁建设由"跟跑、并跑"向"全面领跑"迈进。

▲ 2022年全国公路桥梁数量占比

01中小桥梁运营现状与挑战

随着桥梁种类的不断丰富、功能的不断增多，桥梁的安全问题也日益凸显，特别是中小型桥梁。至2023年6月，全国公路桥梁数量达到103.32万座，而中小跨径桥梁占到桥梁总数的83%，特大桥仅占0.85%。但由于分布广、数量多，检测养护频度低，交通承载繁重，服役年限长，导致桥梁安全事故时有发生。

“2·22沥心沙大桥桥梁撞断事故”、“7·6恩广高速大桥垮塌事故”、“6·8南雄桥梁坍塌事故”、“12·18鄂州高速公路桥面垮塌事故”、“11·1天津铁路桥梁坍塌事故”给桥梁安全敲响了警钟，凸显出加强中小跨径桥梁安全管理、提升桥梁健康监测技术水平的紧迫性和必要性。

▲ 桥梁坍塌事故

02桥梁结构健康监测解决方案

针对中小跨径桥梁数量多、分布广和成本受限问题，WITBEE®万宾科技®桥梁结构健康监测系统通过轻量化、移动化、分布式的智能结构监测仪器，以少量监测仪器对区域内不同桥梁结构进行监测，实现最大化性能指标覆盖，扫除区域内监测盲点和空白。通过现代通信技术，将监测数据实时上传至云端服务器，实现远程实时监测和数据分析。同时，系统采用智能化算法对监测数据进行分析处理，及时发现桥梁结构的异常情况，并发出预警信息，提醒相关人员进行处理，确保桥梁的安全运行。

相较于传统公路桥梁健康监测系统，新型公路桥梁健康监测与安全预警云平台具有高效、协议开放、弹性延展、极简接入等功能，可实现公路桥梁运行体征监测数据获取的实时性和同步性，能够更准确反应桥梁结构健康状况。

▲ 桥梁结构健康监测系统架构图

▲ 桥梁结构健康监测系统平台示意图

特别声明：

万宾科技致力于城市生命线监测仪器研发、生产和销售，文中涉及软件系统皆为友商提供。

03传统与新型监测技术对比

传统的桥梁健康监测终端采集方式、传输方式相对比较落后，数据采集多基于电缆进行传输，传输策略耗费时间且安装费用昂贵，同时存在一个单座桥梁监测采用近百个传感器的情况，其数据量庞大，导致桥梁健康监测系统往往难以获得理想的监测结果，对突发事件的反应不及时，给交通安全带来了不小的威胁。

▲ 传统桥梁监测产品部署和运维成本极高

▲ 新一代中小桥梁结构监测仪器

04智能云终端

创新集成12项结构健康监测指标

实时监测位移、沉降、倾斜、加速度、振幅、频率、地震烈度、动态平衡、人体舒适度、实时定位和温湿度等12项指标。

AIoT开放平台可选模型分析服务：

动挠度(结构局部变形)、固有频率(材料强度退化、结构局部损坏和共振风险系数)、模态阻尼比(支座老化或损坏风险系数)、振幅(行车舒适度和超载抓拍联动)等。

利用智能结构诊断器扩展接口或边缘计算网关、智能振弦式采集仪，接入振弦式应变、拉绳式位移、裂缝计、氯离子(表面腐蚀)、索力(拉索损伤诊断)、船撞报警等外部传感器数据。

▲ 桥梁结构健康监测系统设备部署示意图

05新型桥梁结构健康监测技术

1.智能云终端快速部署和远程运维能力

智能结构诊断器属于一体化小型机，极简安装，即装即用，上电即上云，可极大缩短施工时间和减轻维护量，降低使用成本，具备开箱即用、运维简单、高度集成边缘智能分析等优点，部署和运维成本预期可下降 90%，可有效解决以往公路桥梁健康监测传感器低性价比、部署困难、运维复杂、分体独立、功能单一、信息孤岛、无法认知等问题。

2.实时的北斗高精度定位能力

智能结构诊断器结合北斗地基增强微基站，具备实时的北斗高精度定位能力和高性能四星全频测量接收能力，可支持北斗、GLONASS、GPS、Galileo 等 1.5 毫米级全球卫星定位服务，水平精度±1.5 mm，高程精度±3 mm，高精度时间同步能力。

3.领先的无损结构健康诊断识别技术

智能结构诊断器结合结构所处时空、环境和微振动特征样本的无损采集技术，进行宏微观、动静态和高精度监测，利用多自由度微振动诊断算法和多层次分析发现结构早期损伤与隐患，可使公路桥梁结构健康诊断识别技术处于行业领先水平。

4.高效的桥梁实时智能监测水平

通过融合云平台、大数据和智能物联网，打造覆盖公路桥梁“云-端-边”实时智能监测网，为合作伙伴的新型公路桥梁健康监测与安全预警云平台提供动态基础数据，可全面实现对公路桥梁运行监测数据的采集、汇聚和分析，高效监测公路桥梁的实时状态和安全情况。

5.时变工作模态参数自适应识别技术

通过高精度的三向加速度监测数据，为AIoT开放平台提供桥梁结构基础数据支撑。目前，AIoT开放平台可选模型分析服务：动挠度(结构局部变形)、固有频率(材料强度退化、结构局部损坏和共振风险系数)、模态阻尼比(支座老化或损坏风险系数)、振幅(行车舒适度和超载抓拍联动)等。

▲ 北斗毫米级定位技术应用

06相关政策

2024年3月，住房城乡建设部印发《推进建筑和市政基础设施设备更新工作实施方案》

明确，在地级及以上城市全面实施城市生命线工程，推动地下管网、桥梁隧道、窨井盖等完善配套物联智能感知设备加装和更新，并配套搭建监测物联。

2023年11月，国务院安委会办公室印发《城市安全风险综合监测预警平台建设指南(试行)》

明确以全面建成“能监测、会预警、快处置”的城市安全风险综合监测预警平台为目标，要综合应用多种技术手段，全面加强对涉风险因素的实时监测，包括桥梁安全、老旧房屋坍塌、水库垮坝等。

2020年12月，《关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见》

到2035年，公路桥梁建设养护管理水平进入世界前列，公路桥梁结构健康监测系统全面建立，安全风险防控体系基本完善，创新发展水平明显提高，标准化、智能化水平全面提升，平均服役寿命明显延长，基本实现并不断完善管理体系和管理能力现代化。

2021年3月交通运输部发布《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》

推进公路长大桥梁结构健康监测系统建设，增强长大桥梁结构健康监测能力，是落实部《关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见》的重要举措。

▲ 推进建筑和市政基础设施设备更新工作实施方案