今年9月20日，雅西高速公路姚河坝大桥处突发高位塌方，造成雅西高速公路和108国道道路中断。
在四川省交通运输厅的统筹安排下，四川省公路规划勘察设计研究院有限公司(简称四川公路设计院)第一时间派出了桥梁、地质、岩土、检测、监测等专业12名技术人员到达现场配合开展灾损调查、检测监测等工作。
通过智能监测，姚河坝大桥左幅桥于9月26日就开放了交通，也为现场抢险的施工作业人员提供了安全保障。
“公路桥梁、隧道和边坡工程在常年高负荷运行下会‘积劳成疾’，也会因地震、山洪、泥石流、崩塌等自然灾害导致突发险情。”四川公路设计院党委书记、董事长罗玉宏说。
为能及早发现病情、跟踪病情，并及时治疗，四川公路设计院工程结构智能监测团队一直在探索工程结构安全智能监测相关技术的创新和应用。这个团队于本月19日刚刚与中国工程院张喜刚院士团队合作组建了公路长大桥建设国家工程研究中心四川分中心(山区桥梁防灾减灾技术研究中心)，专门研究山区桥梁防灾减灾及建管养技术创新。
该团队独创的“山区高速公路工程结构集群化安全监测预警技术及信息化系统应用”技术在今年8月召开的“2020年中国高速公路信息化大会”上斩获“创新技术奖”。
智能监测 提前预警
“雅西高速公路姚河坝大桥处塌方当天我们智能监测团队的技术人员和设备抵达现场边开始工作，9月23日凌晨便基本完成了检测系统的部署工作。”四川公路设计院工程结构智能监测中心主任吴涤介绍。
在这次抢险工作中开展智能监测的目的有两个：一是保障现场边坡危岩体清除等施工作业过程中现场的施工人员和装备安全，如遇有二次灾害发生，提前预警；二是保障左幅桥开放单幅双向通行后，左幅桥梁结构的运营安全。
围绕这两个目的，四川公路设计院首先采用了边坡雷达和三维激光扫描等新技术对危岩体的变形位移情况进行连续实时监测，同时采用拉线式位移计对坡顶铁塔周边地表的变形进行实时监测。
此外，该院对面临姚河坝大桥崩塌体正面冲击风险的左幅桥进行了智能监测，主要监测桥墩的倾斜度、梁体的位移情况、以及裂缝宽度的发展变化等。相关的监测指标一旦超过预警值，工程结构安全智能监测云平台就会自动通过短信、微信向现场人员发布预警消息，施工作业人员可提前撤离，现场交通可临时管制，尽最大可能减少损失。
“开展工程结构安全风险监测可以通过对桥梁、隧道、高危边坡等工程构造物的技术状态和运营安全风险进行全天候远程实时监测，再结合传统人工巡检成果进行专业化、智能化的数据处理分析，可实现及时的安全预警和科学的安全评估，为公路安全运营和养护维修决策提供技术支撑。”罗玉宏介绍。
在地震、山洪、滑坡及泥石流等极端灾害易发频发路段和季节，工程结构安全风险监测可争取在灾害对桥隧等工程结构造成破坏前，及时预警和快速响应，避免或减少生命财产损失。
同时，工程结构安全风险监测可以及早发现桥隧结构自身病害和安全隐患，并为病害成因分析和维修加固处治提供技术依据，及时采取相关处治措施，将安全隐患消除于萌芽状态。
“依托我们研发的监测云平台，可建立安全预警与应急响应、安全评估与养护决策支持两个联动机制。在保障路网运营安全的同时，提高公路养护管理的信息化和智能化水平。”吴涤说，长期监测成果的积累可用于验证桥梁、隧道及边坡工程的设计预期，有助于持续改进和升级设计技术和理念，促进设计创新。
突破局限与互联网深度融合
四川省公路网中很大一部分位于山区，其桥梁、隧道、高危边坡等工程结构物总体规模大、长大桥隧比例高，且公路沿线地震、泥石流、滑坡等山地灾害频发。
近年来，在四川省交通运输厅的领导下，作为省内重特大灾害交通应急抢通保通主要技术支持单位，四川公路设计院每年都会派出大量技术专家参与灾害调查、应急处治、灾后重建等工作。
“在参与抢险救灾、道路检测与养护设计的过程中，我们深切的感受到传统人工巡检的手段在极早发现工程结构病患和应对突发事件等方面的局限，而智能化监测预警技术则可弥补其不足。”罗玉宏说。
相比于传统的人工巡检，智能化监测基于实测数据，对结构安全状态进行定量评估，可克服人工巡检凭借主观经验定性评判的局限和不足。同时，传统的人工巡检在现场检测期间往往需要临时封闭部分或全部车道，而智能化监测工作无需交通管制，对现场交通几乎无影响。
“自动和智能监测虽然有上述优势，但受传感设备等价格因素影响，期望短时间完全取代人工检查也是不现实的。我们通常选取桥梁主要承重构件等关键部位、超重车辆荷载以及重大环境风险进行监测，而其余结构及附属设施表观缺陷及病害则由人工巡检进行周期性检查。”吴涤说，“在可预见的将来，自动化监测和人工检查两种手段会长期共存和互补，但我们预计随着信息技术进步和硬件价格下降，自动化监测终将完全取代人工检查。”
随着传感测试技术和网络通信技术的快速发展，尤其是5G和物联网技术的推广应用，为智能监测领域发展提供了实现路径。
早在15年前，四川公路设计院便开始了智能化监测预警技术的研究。随着交通运输行业与互联网的深度融合，公路基础设施的建设与养护正逐步走向信息化、智能化，公路基础设施的智能化监测预警是其中的一个重要发展方向，蓬勃兴起的信息化技术为实现这一目标提供了可能。
四川公路设计院在2018年成立了“工程结构安全智能监测中心”，也就是如今的智能监测团队，专门从事工程结构安全风险智能化监测预警技术的研究与应用。
由智能监测团队自主研发的“工程结构安全智能监测云”已服务于雅康高速公路、雅西高速公路等众多项目。两年来，该团队已发表高质量科技论文十余篇，申报国家发明专利2项，获得实用新型专利1项、软件著作权5项，编制发布地方性技术指南4部，获得国家科学技术进步奖和中国公路学会信息化创新技术奖各1项。
目前，这项技术已陆续应用于四川省内雅西、雅康、西攀、仁沐新等10余条高速公路40多个桥梁、隧道、高危边坡的安全风险监测项目，通过工程实践检验，其安全预警准确率超过80%，多次化解重大安全风险事件，减少经济财产损失，在应急抢险、维修加固和恢复重建工程中效果显著。(匡成刚 胡栋才)