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无锡高架桥倒塌惨剧敲响警钟!未来我们能否用物联网技术保命?

2019-10-12 14:41 来源:人民日报、新京报

当你驱车行驶在高架桥上,突然看到前面出现一辆重载卡车时,你的反应是什么?就小编来说,每次遇到这种情况神经都会不由自主地绷紧,然后尽可能的和对方拉开距离。

相信很多人的反应也都和小编一样,毕竟不怕一万,就怕万一。

然而这个万一终究还是发生了——据人民日报客户端报道,就在昨天(10月10日)傍晚6:10左右,312国道上海方向K135处、锡港路上跨桥出现桥面侧翻。附近车辆的行车记录仪拍下的画面可谓触目惊心,恐怕大家的朋友圈都已经被刷屏了吧.....

当晚22时左右,江苏省交通运输厅官方微博转发消息称,事故发生时,一严重超载货车在桥上行驶,可能为桥梁垮塌的直接原因。

事发之后,新京报记者走访了锡山区一名从事钢材生意的老板,该老板表示:“货车超载是常事,前些年有一辆车拉300吨的,现在超载管得严,但一辆车也都是拉150吨左右。”这一数字几乎是货车应载重量的3-6倍。

散落在事发现场的钢卷

即使生就一副钢筋铁骨,即使设计的再优秀,也无法承受这般“摧残”啊!

无独有偶,就在十天之前,也就是举国欢庆的10月1日当天,台湾省宜兰县有着21年桥龄的重要地标——南方澳跨港大桥突然坍塌,事故已经造成6人死亡、多人受伤。

南方澳跨港大桥坍塌一刻

南方澳跨港大桥坍塌现场

随着台当局调查的深入,这座大桥被曝在过去21年里,主管单位台湾港务公司从未对其进行独立检测。

在南方澳大桥发生坍塌后,外界对各地桥梁的安全均产生疑虑。而经港务公司追查,竟发现其管辖内的17座桥,有8座尚未进行检验。扣除掉近4年新建的桥梁,剩下的13座桥仅有5座做过桥梁检验,其中有2座是在10年前完成的。

再往前推,2011年7月,5天内,3座大桥相继发生坍塌事故:7月11日,建于1997年的江苏盐城境内328省道通榆河桥坍塌;7月14日,建成不到12年、造价逾千万元的当地标志性工程武夷山公馆大桥倒塌;7月15日,通车仅14年的杭州钱江三桥引桥桥面塌落。

大桥“连连塌”事件无疑为人们敲响了警钟,惊心之余,大家也在积极讨论如何才能减少甚至杜绝此类悲剧的发生。

除了专家认真调查原因吸取教训,管理者主动承担责任,执法机构严格执法,立法机构对症立法之外,也有网友设想能否通过科技手段解决这一问题。

事实上,早已经有类似的解决方案在上海、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。

物联网在桥梁监测中的应用

桥梁是连接现代交通的“咽喉”,然而其一旦建成投入使用后,就会进入不断退化、老化的阶段。

港珠澳大桥

由于反复承受着车轮的磨损、冲击,遭受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冻融等自然因素的侵蚀破坏,桥梁部分建筑材料的性质随着使用时间的增长会发生衰变,桥梁的安全性能会受到影响。同时有些桥梁的设计和施工达不到应用的要求,加上近几年我国交通和重型汽车数量的不断快速增长,种种因素累积,造成桥梁倒塌悲剧的发生。

事故分析表明,桥梁倒塌原因大致可分为:

  • 设计施工不合理

  • 撞桥和超载

  • 自然灾害

  • 加固拆除不合理

  • 桥梁病害

  • 人为活动

一系列令人触目惊心的桥梁坍塌事故,提醒我们必须高度重视桥梁的健康检测与安全评估,及危桥的损伤检测和监控,争取消除隐患。所以对桥梁健康状况进行监测和评价,掌握其健康状况是有非常重要的意义。桥梁结构的监测也就成为桥梁结构安全养护和保障正常使用的主要技术手段。

显然,监测的过程仅靠人力是不可能的——费时费力费成本不说,还无法做到监测的实时性,像上文中提及的“南方澳大桥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。

在小编看来,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,通过物联网进行车辆载重和类型识别,和摄像头联接获取违规车辆的车牌信息,在进行分级实时告警的同时,还可以统计路面总体载荷。

案例:

目前,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。据相关工程技术专家介绍,以前高架桥梁对重车的监控大都是人工观察,今后可以通过在道路内植入带有信号发射功能的传感器,实时监测每一座设施的荷载和运作状况。

一旦有超过该桥梁负荷的卡车出现,传感器能及时感应并向监控平台自动报警,工作人员上报信息,由执法者对违规卡车进行及时处理。目前,这项技术已经在松江辰塔大桥试运作。

2.对桥梁健康状况进行日常监测

在大桥中植入若干个不同种类的传感设备,另设立汇集节点/网关和实时监测平台,利用低功耗广域网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:

在武汉市,中铁大桥科学研究院的技术人员为42座桥梁安装15种、共1929个传感器,硬件设备更是达到了25类、共3053套。技术人员将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。

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实时地通过互联网存储至云计算数据中心服务器中,从而实现“一桥一档”电子化户籍式管理。

其次,技术人员还会到现场对桥梁外观进行检查,并将检查结果通过手机APP上传。各级管理人员或技术人员可以通过任何一台电脑的浏览器或手机APP进行登录访问,实时掌握这42座桥梁的健康状况,有助于技术人员及时处理突发事件、及时修复病害桥梁、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,随着中国大规模基础建设浪潮的渐渐消退,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,在各种自然界的不确定外力加载下,以及经济发展的需求,致使各种结构物超载疲劳运营现象普遍出现。

然而,前期的设计、施工并不能确定结构物是否正常运营,必将需要一种更实时、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。

专注于物联网结构监测领域的浩坤科技曾经总结过结构监测的市场现状,见下图:

因而近年来,物联网在结构监测领域正发挥着越来越重要的作用。

物联网智库之前曾报道过,以LoRa为代表的低功耗广域网络具有的超低功耗、更广覆盖、超大连接、低成本、高穿透等特点不仅能满足不同结构物在各种复杂环境下的大连接、高穿透等的监测需求,而且能为其提供精细化监测解决方案。

针对结构监测环境的复杂性和高穿透等需求,LoRa主要从以下几个方面解决其痛点。

1.高穿透性、远距离、低功耗

由上图可以看出LoRa高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里,且穿透性极强。其接收电流仅10mA,睡眠电流200nA,这大大提高了电池的使用寿命。高穿透性、远距离传输的特点解决了桥梁、隧道等内部震动监测信号在穿透多层混凝土结构或者岩壁后变弱的问题。低功耗的特点在提高设备持续长久安全监测稳定性之外,也减少了设备维护和结构巡检次数,从而提高了安全效率,降低了人力成本。

2.基于该技术的智能网关支持多信道多数据速率的并行处理,系统容量大

网关是节点与IP网络之间的桥梁。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes,网络占用率10%)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置,发射功率20dBm(100mW),那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右,而在密度较低的郊区,覆盖范围可达10公里。这种大范围的覆盖对于隧道、桥梁等远距离,多节点的监测尤为重要。

3.基于终端和网关的系统可以支持测距和定位

LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication),而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。从而保障监测数据的精准性。

4.低成本、易于部署

LoRa是基于非授权频谱的技术,基础设施和节点(终端)部署成本低,能为结构监测大规模的应用降低大量成本。LoRa网络技术可以满足行业客户协议细节调整的需求,可快速帮助客户低成本地建设局域网以实现业务运营,同时不仅能适应分散性应用需求,还能很好地满足行业性应用需求。

结构监测前景大有可为

中国结构监测的市场刚刚起步,结合着物联网,智慧城市的发展,未来五年内会滋生出数十亿的市场份额,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,所以也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很多。

例如,一座普通200米左右桥梁监测费用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,为民众避险争取宝贵时间。

希望未来物联网技术也能在防灾防害、保护人民生命财产安全方面发挥越来越重要的作用。

 

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