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虎门大桥抖动,千亿级的物联网市场被打开

2020-05-07

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  5月5日下午至6日中午的约20个小时内,广东虎门大桥发生多次异常抖动,引发外界关注。随后,相关专家奔赴现场勘察,初步认定振动原因系沿桥跨边护栏连续设置水马,破坏了大桥的断面流线型,在特定风环境条件下,产生了桥梁涡振现象。

  不过,专家组表示虎门大桥属于悬索桥,结构安全可靠,不会影响后续使用的结构安全和耐久性。

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  但并非所有的桥梁公路在对抗外力时都能那么幸运。去年10月,台湾省宜兰县21年桥龄的南方澳跨港大桥和无锡高架桥皆因外力发生结构型桥梁垮塌。

  由于近几年我国重型汽车带来的交通压力增大,同时恶劣天气带来的腐蚀性也越来越高,对已有一定使用年代的基建结构产生了不小的负面影响。因此,桥梁健康检测、结构安全评估以及损耗监测等显得尤为重要。

  其实,作为重要的交通枢纽,虎门大桥是有一套监测系统的。大桥在设计之初就加入了GPS位移、应变实时、长期形变、超限超载等监测系统,可实时获取桥梁在各种情况下的受力、工作状态以及抗风、抗震等结构参数,实现对桥梁的安全监测。

  从虎门大桥监测系统的表现看,融入物联网的基建监测系统市场将会加速扩大。数据显示,国内目前铁路营运里程12.9万公里,桥梁20万座;公路总里程14.26万公里,82.55万座桥梁;还有其他2万余座水电站、200多个机场等大型公共基础设施。这些基建中,并非全部都有完整的安全监测系统;并且,在新基建的加持下,相关监测系统的需求和市场将越来越大。

  物联网在桥梁监测中的应用

  事实上,类似解决方案已在上海、武汉等地施行,物联网技术在结构监测领域的应用案例也屡见不鲜。

  具体来说,一个完整的物联网监测系统包括数据采集、数据传输、数据中台及应用端。

  数据采集包括智能传感器、传感网和巡检终端等;数据传输包括LoRa、NB-IoT等;数据中台包括数据管理、分析以及可视化平台;应用层则对应了各类基建设施,如轨道交通、能源行业等安全性需求较高的领域。

千亿级的物联网市场行业分析

  而桥梁作为连接现代交通的“咽喉”,一旦投入使用,就会进入不断退化、老化的阶段。

  近些年,相关桥梁损害甚至坍塌事故,时刻提醒我们必须高度重视桥梁健康检测与安全评估,以及危桥损伤检测和监控,争取消除隐患。所以,对桥梁进行监测和评价,掌握其健康状况意义重大。桥梁结构的监测,成为桥梁结构安全养护和保障正常使用的主要技术手段。

  但该过程仅靠人力是不可能的,费时费力费成本,且无法实时监测。上文中提及的“南方澳跨港大桥21年未做独立检测”的现象绝非个例,因此,物联网技术在远程桥梁结构健康监测中,成为一个不可缺少的重要环节。

港珠澳大桥

  物联网技术应用于桥梁监测主要体现在两个方面

  1、应对货车超载

  在高架桥两端加装路面压力传感器,通过物联网获取车辆载重、类型识别、违规车辆车牌等信息,在进行分级告警的同时,还可以统计路面总体载荷。

  案例:

  交通设施智能管理平台已在上海投入试运营。今后,超载货运车一旦违规驶上高架桥梁,桥上埋设的线圈会自动感知微小受力变化,同步向智能管理平台报警,从而实时监测每一座设施的荷载和运行状况。

  一旦有超负荷车辆出现,传感器将实时感应并向监控平台自动报警,工作人员上报信息,由执法者对违规车辆及时处理。目前,这项技术已在松江辰塔大桥试运作。

  2、松江辰塔大桥

  对桥梁健康状况进行日常监测

  在大桥中植入若干不同种类的传感设备,设立汇集节点/网关和实时监测平台,利用LPWAN等技术无线传输监测数据并发送数据至汇集节点,再将数据传入平台层进行储存、处理与分析,并根据分析结果及时采取应对措施。比如,当桥梁极限承载力损失严重时,考虑将其拆除。

  案例:

  在武汉,中铁大桥科研院的技术人员为42座桥梁安装15种、1929个传感器,硬件设备更是达到了25类、共3053套。技术人员通过这些传感器和硬件设备对桥梁的结构安全(即应变、裂缝、位移、挠度、倾角、温湿度)、车辆荷载(即车型、车速、车重、轴重、车长)、独柱墩匝道倾覆及滑移(即应变、位移、倾角)、沉降及桥面线形(即挠度、GPS)等关键参数进行监测。

武汉长江大桥

  桥梁的结构状况、基础沉降、车辆监测抓拍等各种监测数据将通过互联网实时存储至数据中心服务器中,实现“一桥一档”的电子化户籍式管理。

  其次,技术人员还将到现场对桥梁外观进行检查,并将结果通过手机APP上传。各级管理人员或技术人员可通过任何一台电脑的浏览器或手机APP登录访问,实时掌握这42座桥梁的健康状况,便于及时处理突发事件、修复病害桥梁、确保桥梁运营安全。

  另外,“智慧桥梁”系统还能自动生成维修建议,并通过查阅系统中的监控视频、检测数据,为事后追溯、索赔提供依据。

  物联网在结构监测中的应用

  当然,不只是桥梁,未来隧道、楼宇、轨道等各种结构物都开始进入长期的运营使用阶段。但是,在各种自然界不确定外力及经济发展需求的影响下,结构物超载疲劳运营的现象频发。

  然而,前期的设计、施工并不能确定结构物是否正常运营,这需要一种更实时、快捷的方式对运营状态进行全面的精细化监测,尤其是对已经服役多年的老旧结构物。

  结构监测前景大有可为

  中国结构监测的市场刚起步,结合物联网、智慧城市的发展,未来五年有望产生数十亿的市场份额。同时,随着现有建筑物的逐步老化,市场还会越来越大。鉴于传感器的生命周期一般为8年左右,所以这基本是一个无限循环的市场。如果新建筑物在施工阶段就采用物联网结构监测方案,那么整个市场无疑会扩大更多。

  例如,一座普通的200米桥梁,监测费用需10万左右,每公里隧道监测费用5万左右,每公里地铁监测费用5万左右,一座体育场馆监测费用100万左右,高层建筑监测费用30万左右。

  据统计,截止2015年,国内现有大小桥梁70多万座,隧道8000多座(总长度4000多公里),地铁总长度超过3000公里,大型体育场馆上千座,老旧建筑,高层建筑数量庞大,未来都将具有实时在线监测预警的需求。

  同时,日益增多的地质灾害也是一个庞大的监测市场。犹记得2018年5月9日,成都高新区联合成都高新减灾研究所,在成都高新区60个社区启用地震预警“大喇叭”,通过社区广播、手机、电视等多途径,在地震波到达前提前预警,为民众避险争取了宝贵时间。

  在虎门大桥“深呼吸”的同时,我们看到了物联网监测系统在旧基建中承担的安全责任和担当。同时,我们也应当看到,在新旧基建需求同时增加后,物联网市场将得到进一步扩张。

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