一、基本情況
獲獎項(xiàng)目名稱:數(shù)字賦能大跨鋼橋服役性態(tài)實(shí)時診斷與智能管養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)
主要完成單位:蘇交科集團(tuán)股份有限公司、江蘇省高速公路經(jīng)營管理中心、東南大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、連云港市公路事業(yè)發(fā)展中心、中鐵寶橋（揚(yáng)州）有限公司、中鐵山橋集團(tuán)有限公司、廈門友連科技有限公司
主要完成人:劉朵、林峰、張建東、徐一超、馮東明、華春麗、余永平、王友中、程杰、王建國、孫蕾蕾、丁泉、吳方生、汪馬良、黃為
二、項(xiàng)目背景
為響應(yīng)《交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新中長期規(guī)劃綱要》對基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化與智能化的迫切要求，依托國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金及交通運(yùn)輸行業(yè)重點(diǎn)項(xiàng)目的支持，本項(xiàng)目圍繞“精準(zhǔn)感知-實(shí)時診斷-智能維養(yǎng)”等關(guān)鍵技術(shù)難題，開展產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，最終形成了數(shù)字賦能的大跨鋼橋服役性態(tài)實(shí)時診斷與智能管養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)。
項(xiàng)目以崇啟跨江大橋?yàn)橐劳泄こ獭Ｔ摌蛭挥陂L江入海口，是G40上海—西安高速公路的關(guān)鍵組成部分，也是上海首條直通蘇北地區(qū)的高速公路。崇啟大橋主橋結(jié)構(gòu)為102+4×185+102米的大跨度變截面連續(xù)鋼箱梁，在建成時為國內(nèi)同類橋型跨徑最大。大橋于2011年12月24日通車，自2012年起建立健康監(jiān)測系統(tǒng)，并于2023年8月完成第二次升級改造。近年來，面向崇啟大橋數(shù)字化與智能化升級需求，項(xiàng)目開展了系列研究，為實(shí)現(xiàn)大跨鋼橋的長壽命安全保障與運(yùn)維數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
三、創(chuàng)新成果
本項(xiàng)目針對大跨鋼橋隱蔽病害識別困難、環(huán)境干擾大等關(guān)鍵問題，研發(fā)了包括懸掛雙軌式巡檢機(jī)器人、聲紋AI預(yù)警裝置和高精度光學(xué)監(jiān)測設(shè)備在內(nèi)的多源智能感知裝備，實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)狀態(tài)的精準(zhǔn)感知。
圖1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)了12自由度靈活機(jī)械臂智能巡檢機(jī)器人，突破空間限制，實(shí)現(xiàn)對焊縫、陰陽角等狹窄隱蔽部位的全方位、精細(xì)化檢測
圍繞荷載時變響應(yīng)難捕捉、性能退化量化滯后等診斷難點(diǎn)，構(gòu)建了多源數(shù)據(jù)與物理模型相融合的鋼橋安全性、適用性及功能性綜合評價體系，攻克了服役性態(tài)實(shí)時診斷的技術(shù)瓶頸。開發(fā)了智慧運(yùn)維數(shù)字孿生平臺，集成結(jié)構(gòu)孿生、無人機(jī)巡檢與決策分析等23個功能模塊，基本實(shí)現(xiàn)了“檢查-評估-維修”全流程閉環(huán)管理，推動橋梁管養(yǎng)從“被動處置”向“數(shù)據(jù)智能驅(qū)動”的新范式轉(zhuǎn)變。通過智能巡檢裝備、數(shù)據(jù)—物理協(xié)同診斷模型與數(shù)字孿生平臺的系統(tǒng)集成，項(xiàng)目形成了數(shù)字賦能的大跨鋼橋服役性態(tài)實(shí)時診斷與智能管養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了隱蔽病害精準(zhǔn)識別、服役狀態(tài)快速預(yù)警與檢-評-修一體化管控，顯著提升了結(jié)構(gòu)安全性與耐久性，降低了突發(fā)事故風(fēng)險。
圖2 基于24,000+精細(xì)化BIM構(gòu)件單元構(gòu)建多層級智慧空間，深度融合結(jié)構(gòu)材料、檢測記錄、維修歷史等12類異構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全要素數(shù)字孿生
圖3 基于動態(tài)稱重實(shí)時車流數(shù)據(jù)驅(qū)動車-橋耦合振動分析，創(chuàng)新釋放車輛座椅自由度，精準(zhǔn)計(jì)算車輛豎向加速度，實(shí)現(xiàn)了舒適度實(shí)時評價
本成果有力推動了橋梁管養(yǎng)從經(jīng)驗(yàn)依賴向數(shù)字智能的轉(zhuǎn)型，也為橋梁管養(yǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與交通強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
四、推廣應(yīng)用情況
項(xiàng)目成果已在崇啟跨江大橋等20余項(xiàng)典型工程中成功應(yīng)用。依托實(shí)時監(jiān)測與智能診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對大跨鋼橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)的精準(zhǔn)把控與安全風(fēng)險的及時預(yù)警，顯著提升了結(jié)構(gòu)安全性與服役耐久性，有效降低了突發(fā)事故發(fā)生率。本技術(shù)的推廣應(yīng)用，有力推動了橋梁工程從經(jīng)驗(yàn)管養(yǎng)向數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型，為土木工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步與自主創(chuàng)新提供了重要實(shí)踐范例，也為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與長效安全運(yùn)維提供了堅(jiān)實(shí)支撐。
圖4 制備關(guān)鍵尺寸0.85nm~50nm的納米材料，經(jīng)共價鍵功能化形成含3000疊層的超致密涂層(150μm)，成功應(yīng)用于崇啟大橋防護(hù)欄翻新維修
