今年9月20日，雅西高速公路姚河壩大橋處突發高位塌方，造成雅西高速公路和108國道道路中斷。
在四川省交通運輸廳的統籌安排下，四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司(簡稱四川公路設計院)第一時間派出了橋樑、地質、岩土、檢測、監測等專業12名技術人員到達現場配合開展災損調查、檢測監測等工作。
通過智能監測，姚河壩大橋左幅橋於9月26日就開放了交通，也為現場搶險的施工作業人員提供了安全保障。
“公路橋樑、隧道和邊坡工程在常年高負荷運行下會‘積勞成疾’，也會因地震、山洪、泥石流、崩塌等自然災害導致突發險情。”四川公路設計院黨委書記、董事長羅玉宏説。
為能及早發現病情、跟蹤病情，並及時治療，四川公路設計院工程結構智能監測團隊一直在探索工程結構安全智能監測相關技術的創新和應用。這個團隊於本月19日剛剛與中國工程院張喜剛院士團隊合作組建了公路長大橋建設國家工程研究中心四川分中心(山區橋樑防災減災技術研究中心)，專門研究山區橋樑防災減災及建管養技術創新。
該團隊獨創的“山區高速公路工程結構集羣化安全監測預警技術及信息化系統應用”技術在今年8月召開的“2020年中國高速公路信息化大會”上斬獲“創新技術獎”。
智能監測 提前預警
“雅西高速公路姚河壩大橋處塌方當天我們智能監測團隊的技術人員和設備抵達現場邊開始工作，9月23日凌晨便基本完成了檢測系統的部署工作。”四川公路設計院工程結構智能監測中心主任吳滌介紹。
在這次搶險工作中開展智能監測的目的有兩個：一是保障現場邊坡危巖體清除等施工作業過程中現場的施工人員和裝備安全，如遇有二次災害發生，提前預警；二是保障左幅橋開放單幅雙向通行後，左幅橋樑結構的運營安全。
圍繞這兩個目的，四川公路設計院首先採用了邊坡雷達和三維激光掃描等新技術對危巖體的變形位移情況進行連續實時監測，同時採用拉線式位移計對坡頂鐵塔周邊地表的變形進行實時監測。
此外，該院對面臨姚河壩大橋崩塌體正面衝擊風險的左幅橋進行了智能監測，主要監測橋墩的傾斜度、梁體的位移情況、以及裂縫寬度的發展變化等。相關的監測指標一旦超過預警值，工程結構安全智能監測雲平台就會自動通過短信、微信向現場人員發佈預警消息，施工作業人員可提前撤離，現場交通可臨時管制，盡最大可能減少損失。
“開展工程結構安全風險監測可以通過對橋樑、隧道、高危邊坡等工程構造物的技術狀態和運營安全風險進行全天候遠程實時監測，再結合傳統人工巡檢成果進行專業化、智能化的數據處理分析，可實現及時的安全預警和科學的安全評估，為公路安全運營和養護維修決策提供技術支撐。”羅玉宏介紹。
在地震、山洪、滑坡及泥石流等極端災害易發頻發路段和季節，工程結構安全風險監測可爭取在災害對橋隧等工程結構造成破壞前，及時預警和快速響應，避免或減少生命財產損失。
同時，工程結構安全風險監測可以及早發現橋隧結構自身病害和安全隱患，併為病害成因分析和維修加固處治提供技術依據，及時採取相關處治措施，將安全隱患消除於萌芽狀態。
“依託我們研發的監測雲平台，可建立安全預警與應急響應、安全評估與養護決策支持兩個聯動機制。在保障路網運營安全的同時，提高公路養護管理的信息化和智能化水平。”吳滌説，長期監測成果的積累可用於驗證橋樑、隧道及邊坡工程的設計預期，有助於持續改進和升級設計技術和理念，促進設計創新。
突破侷限與互聯網深度融合
四川省公路網中很大一部分位於山區，其橋樑、隧道、高危邊坡等工程結構物總體規模大、長大橋隧比例高，且公路沿線地震、泥石流、滑坡等山地災害頻發。
近年來，在四川省交通運輸廳的領導下，作為省內重特大災害交通應急搶通保通主要技術支持單位，四川公路設計院每年都會派出大量技術專家參與災害調查、應急處治、災後重建等工作。
“在參與搶險救災、道路檢測與養護設計的過程中，我們深切的感受到傳統人工巡檢的手段在極早發現工程結構病患和應對突發事件等方面的侷限，而智能化監測預警技術則可彌補其不足。”羅玉宏説。
相比於傳統的人工巡檢，智能化監測基於實測數據，對結構安全狀態進行定量評估，可克服人工巡檢憑藉主觀經驗定性評判的侷限和不足。同時，傳統的人工巡檢在現場檢測期間往往需要臨時封閉部分或全部車道，而智能化監測工作無需交通管制，對現場交通幾乎無影響。
“自動和智能監測雖然有上述優勢，但受傳感設備等價格因素影響，期望短時間完全取代人工檢查也是不現實的。我們通常選取橋樑主要承重構件等關鍵部位、超重車輛荷載以及重大環境風險進行監測，而其餘結構及附屬設施表觀缺陷及病害則由人工巡檢進行週期性檢查。”吳滌説，“在可預見的將來，自動化監測和人工檢查兩種手段會長期共存和互補，但我們預計隨着信息技術進步和硬件價格下降，自動化監測終將完全取代人工檢查。”
隨着傳感測試技術和網絡通信技術的快速發展，尤其是5G和物聯網技術的推廣應用，為智能監測領域發展提供了實現路徑。
早在15年前，四川公路設計院便開始了智能化監測預警技術的研究。隨着交通運輸行業與互聯網的深度融合，公路基礎設施的建設與養護正逐步走向信息化、智能化，公路基礎設施的智能化監測預警是其中的一個重要發展方向，蓬勃興起的信息化技術為實現這一目標提供了可能。
四川公路設計院在2018年成立了“工程結構安全智能監測中心”，也就是如今的智能監測團隊，專門從事工程結構安全風險智能化監測預警技術的研究與應用。
由智能監測團隊自主研發的“工程結構安全智能監測雲”已服務於雅康高速公路、雅西高速公路等眾多項目。兩年來，該團隊已發表高質量科技論文十餘篇，申報國家發明專利2項，獲得實用新型專利1項、軟件著作權5項，編制發佈地方性技術指南4部，獲得國家科學技術進步獎和中國公路學會信息化創新技術獎各1項。
目前，這項技術已陸續應用於四川省內雅西、雅康、西攀、仁沐新等10餘條高速公路40多個橋樑、隧道、高危邊坡的安全風險監測項目，通過工程實踐檢驗，其安全預警準確率超過80%，多次化解重大安全風險事件，減少經濟財產損失，在應急搶險、維修加固和恢復重建工程中效果顯著。(匡成剛 胡棟才)