無錫高架橋倒塌慘劇敲響警鐘！未來我們能否用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保命？

導(dǎo)讀：大橋“連連塌”事件無疑為人們敲響了警鐘，驚心之余，大家也在積極討論如何才能減少甚至杜絕此類悲劇的發(fā)生。

當(dāng)你驅(qū)車行駛在高架橋上，突然看到前面出現(xiàn)一輛重載卡車時(shí)，你的反應(yīng)是什么?就小編來說，每次遇到這種情況神經(jīng)都會(huì)不由自主地繃緊，然后盡可能的和對(duì)方拉開距離。

相信很多人的反應(yīng)也都和小編一樣，畢竟不怕一萬，就怕萬一。

然而這個(gè)萬一終究還是發(fā)生了——據(jù)人民日?qǐng)?bào)客戶端報(bào)道，就在昨天(10月10日)傍晚6：10左右，312國道上海方向K135處、錫港路上跨橋出現(xiàn)橋面?zhèn)确?。附近車輛的行車記錄儀拍下的畫面可謂觸目驚心，恐怕大家的朋友圈都已經(jīng)被刷屏了吧.....

當(dāng)晚22時(shí)左右，江蘇省交通運(yùn)輸廳官方微博轉(zhuǎn)發(fā)消息稱，事故發(fā)生時(shí)，一嚴(yán)重超載貨車在橋上行駛，可能為橋梁垮塌的直接原因。

事發(fā)之后，新京報(bào)記者走訪了錫山區(qū)一名從事鋼材生意的老板，該老板表示：“貨車超載是常事，前些年有一輛車?yán)?00噸的，現(xiàn)在超載管得嚴(yán)，但一輛車也都是拉150噸左右。”這一數(shù)字幾乎是貨車應(yīng)載重量的3-6倍。

散落在事發(fā)現(xiàn)場的鋼卷

即使生就一副鋼筋鐵骨，即使設(shè)計(jì)的再優(yōu)秀，也無法承受這般“摧殘”啊!

無獨(dú)有偶，就在十天之前，也就是舉國歡慶的10月1日當(dāng)天，臺(tái)灣省宜蘭縣有著21年橋齡的重要地標(biāo)——南方澳跨港大橋突然坍塌，事故已經(jīng)造成6人死亡、多人受傷。

南方澳跨港大橋坍塌一刻

南方澳跨港大橋坍塌現(xiàn)場

隨著臺(tái)當(dāng)局調(diào)查的深入，這座大橋被曝在過去21年里，主管單位臺(tái)灣港務(wù)公司從未對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)。

在南方澳大橋發(fā)生坍塌后，外界對(duì)各地橋梁的安全均產(chǎn)生疑慮。而經(jīng)港務(wù)公司追查，竟發(fā)現(xiàn)其管轄內(nèi)的17座橋，有8座尚未進(jìn)行檢驗(yàn)?？鄢艚?年新建的橋梁，剩下的13座橋僅有5座做過橋梁檢驗(yàn)，其中有2座是在10年前完成的。

再往前推，2011年7月，5天內(nèi)，3座大橋相繼發(fā)生坍塌事故：7月11日，建于1997年的江蘇鹽城境內(nèi)328省道通榆河橋坍塌;7月14日，建成不到12年、造價(jià)逾千萬元的當(dāng)?shù)貥?biāo)志性工程武夷山公館大橋倒塌;7月15日，通車僅14年的杭州錢江三橋引橋橋面塌落。

大橋“連連塌”事件無疑為人們敲響了警鐘，驚心之余，大家也在積極討論如何才能減少甚至杜絕此類悲劇的發(fā)生。

除了專家認(rèn)真調(diào)查原因吸取教訓(xùn)，管理者主動(dòng)承擔(dān)責(zé)任，執(zhí)法機(jī)構(gòu)嚴(yán)格執(zhí)法，立法機(jī)構(gòu)對(duì)癥立法之外，也有網(wǎng)友設(shè)想能否通過科技手段解決這一問題。

事實(shí)上，早已經(jīng)有類似的解決方案在上海、武漢等地施行，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用案例也屢見不鮮。

物聯(lián)網(wǎng)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

橋梁是連接現(xiàn)代交通的“咽喉”，然而其一旦建成投入使用后，就會(huì)進(jìn)入不斷退化、老化的階段。

港珠澳大橋

由于反復(fù)承受著車輪的磨損、沖擊，遭受暴雨、洪水、風(fēng)沙、冰雪、日曬、凍融等自然因素的侵蝕破壞，橋梁部分建筑材料的性質(zhì)隨著使用時(shí)間的增長會(huì)發(fā)生衰變，橋梁的安全性能會(huì)受到影響。同時(shí)有些橋梁的設(shè)計(jì)和施工達(dá)不到應(yīng)用的要求，加上近幾年我國交通和重型汽車數(shù)量的不斷快速增長，種種因素累積，造成橋梁倒塌悲劇的發(fā)生。

事故分析表明，橋梁倒塌原因大致可分為：

• 設(shè)計(jì)施工不合理

• 撞橋和超載

• 自然災(zāi)害

• 加固拆除不合理

• 橋梁病害

• 人為活動(dòng)

一系列令人觸目驚心的橋梁坍塌事故，提醒我們必須高度重視橋梁的健康檢測(cè)與安全評(píng)估，及危橋的損傷檢測(cè)和監(jiān)控，爭取消除隱患。所以對(duì)橋梁健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，掌握其健康狀況是有非常重要的意義。橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)也就成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)和保障正常使用的主要技術(shù)手段。

顯然，監(jiān)測(cè)的過程僅靠人力是不可能的——費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)成本不說，還無法做到監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，像上文中提及的“南方澳大橋21年未做獨(dú)立檢測(cè)”的現(xiàn)象絕非個(gè)例。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)程橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，成為一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

在小編看來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

1.應(yīng)對(duì)貨車超載

在高架橋兩端加裝路面壓力傳感器，通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行車輛載重和類型識(shí)別，和攝像頭聯(lián)接獲取違規(guī)車輛的車牌信息，在進(jìn)行分級(jí)實(shí)時(shí)告警的同時(shí)，還可以統(tǒng)計(jì)路面總體載荷。

案例：

目前，交通設(shè)施智能管理平臺(tái)已在上海投入試運(yùn)營。今后超載貨運(yùn)車一旦違規(guī)駛上高架橋梁，橋上埋設(shè)的線圈會(huì)自動(dòng)感知微小受力變化，同步向智能管理平臺(tái)報(bào)警。據(jù)相關(guān)工程技術(shù)專家介紹，以前高架橋梁對(duì)重車的監(jiān)控大都是人工觀察，今后可以通過在道路內(nèi)植入帶有信號(hào)發(fā)射功能的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一座設(shè)施的荷載和運(yùn)作狀況。

一旦有超過該橋梁負(fù)荷的卡車出現(xiàn)，傳感器能及時(shí)感應(yīng)并向監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)報(bào)警，工作人員上報(bào)信息，由執(zhí)法者對(duì)違規(guī)卡車進(jìn)行及時(shí)處理。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在松江辰塔大橋試運(yùn)作。

2.對(duì)橋梁健康狀況進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)

在大橋中植入若干個(gè)不同種類的傳感設(shè)備，另設(shè)立匯集節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，利用低功耗廣域網(wǎng)等技術(shù)無線傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)至匯集節(jié)點(diǎn)，再將數(shù)據(jù)傳入平臺(tái)層進(jìn)行儲(chǔ)存、處理與分析，并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，比如當(dāng)橋梁極限承載力損失嚴(yán)重時(shí)，考慮將其拆除。

案例：

在武漢市，中鐵大橋科學(xué)研究院的技術(shù)人員為42座橋梁安裝15種、共1929個(gè)傳感器，硬件設(shè)備更是達(dá)到了25類、共3053套。技術(shù)人員將通過這些傳感器和硬件設(shè)備對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全(即應(yīng)變、裂縫、位移、撓度、傾角、溫濕度)、車輛荷載(即車型、車速、車重、軸重、車長)、獨(dú)柱墩匝道傾覆及滑移(即應(yīng)變、位移、傾角)、沉降及橋面線形(即撓度、GPS)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

橋梁的結(jié)構(gòu)狀況、基礎(chǔ)沉降、車輛監(jiān)測(cè)抓拍等各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)地通過互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)至云計(jì)算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，從而實(shí)現(xiàn)“一橋一檔”電子化戶籍式管理。

其次，技術(shù)人員還會(huì)到現(xiàn)場對(duì)橋梁外觀進(jìn)行檢查，并將檢查結(jié)果通過手機(jī)APP上傳。各級(jí)管理人員或技術(shù)人員可以通過任何一臺(tái)電腦的瀏覽器或手機(jī)APP進(jìn)行登錄訪問，實(shí)時(shí)掌握這42座橋梁的健康狀況，有助于技術(shù)人員及時(shí)處理突發(fā)事件、及時(shí)修復(fù)病害橋梁、確保橋梁運(yùn)營安全。

另外，“智慧橋梁”系統(tǒng)還能自動(dòng)生成維修建議，并通過查閱系統(tǒng)中的監(jiān)控視頻、檢測(cè)數(shù)據(jù)，為事后追溯、索賠提供依據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

當(dāng)然，不只是橋梁，隨著中國大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)浪潮的漸漸消退，隧道、樓宇、軌道等各種結(jié)構(gòu)物都開始進(jìn)入長期的運(yùn)營使用階段。但是，在各種自然界的不確定外力加載下，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，致使各種結(jié)構(gòu)物超載疲勞運(yùn)營現(xiàn)象普遍出現(xiàn)。

然而，前期的設(shè)計(jì)、施工并不能確定結(jié)構(gòu)物是否正常運(yùn)營，必將需要一種更實(shí)時(shí)、快捷的方式對(duì)運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行全面的精細(xì)化監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)已經(jīng)服役多年的老舊結(jié)構(gòu)物。

專注于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的浩坤科技曾經(jīng)總結(jié)過結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的市場現(xiàn)狀，見下圖：

因而近年來，物聯(lián)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越重要的作用。

物聯(lián)網(wǎng)智庫之前曾報(bào)道過，以LoRa為代表的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)具有的超低功耗、更廣覆蓋、超大連接、低成本、高穿透等特點(diǎn)不僅能滿足不同結(jié)構(gòu)物在各種復(fù)雜環(huán)境下的大連接、高穿透等的監(jiān)測(cè)需求，而且能為其提供精細(xì)化監(jiān)測(cè)解決方案。

針對(duì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)環(huán)境的復(fù)雜性和高穿透等需求，LoRa主要從以下幾個(gè)方面解決其痛點(diǎn)。

1.高穿透性、遠(yuǎn)距離、低功耗

由上圖可以看出LoRa高達(dá)157db的鏈路預(yù)算使其通信距離可達(dá)15公里，且穿透性極強(qiáng)。其接收電流僅10mA，睡眠電流200nA，這大大提高了電池的使用壽命。高穿透性、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)解決了橋梁、隧道等內(nèi)部震動(dòng)監(jiān)測(cè)信號(hào)在穿透多層混凝土結(jié)構(gòu)或者巖壁后變?nèi)醯膯栴}。低功耗的特點(diǎn)在提高設(shè)備持續(xù)長久安全監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性之外，也減少了設(shè)備維護(hù)和結(jié)構(gòu)巡檢次數(shù)，從而提高了安全效率，降低了人力成本。

2.基于該技術(shù)的智能網(wǎng)關(guān)支持多信道多數(shù)據(jù)速率的并行處理，系統(tǒng)容量大

網(wǎng)關(guān)是節(jié)點(diǎn)與IP網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁。每個(gè)網(wǎng)關(guān)每天可以處理500萬次各節(jié)點(diǎn)之間的通信(假設(shè)每次發(fā)送10Bytes，網(wǎng)絡(luò)占用率10%)。如果把網(wǎng)關(guān)安裝在現(xiàn)有移動(dòng)通信基站的位置，發(fā)射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市環(huán)境可以覆蓋2公里左右，而在密度較低的郊區(qū)，覆蓋范圍可達(dá)10公里。這種大范圍的覆蓋對(duì)于隧道、橋梁等遠(yuǎn)距離，多節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)尤為重要。

3.基于終端和網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)可以支持測(cè)距和定位

LoRa對(duì)距離的測(cè)量是基于信號(hào)的空中傳輸時(shí)間而非傳統(tǒng)的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位則基于多點(diǎn)(網(wǎng)關(guān))對(duì)一點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))的空中傳輸時(shí)間差的測(cè)量。其定位精度可達(dá)5m(假設(shè)10km的范圍)。從而保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

4.低成本、易于部署

LoRa是基于非授權(quán)頻譜的技術(shù)，基礎(chǔ)設(shè)施和節(jié)點(diǎn)(終端)部署成本低，能為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)大規(guī)模的應(yīng)用降低大量成本。LoRa網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以滿足行業(yè)客戶協(xié)議細(xì)節(jié)調(diào)整的需求，可快速幫助客戶低成本地建設(shè)局域網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營，同時(shí)不僅能適應(yīng)分散性應(yīng)用需求，還能很好地滿足行業(yè)性應(yīng)用需求。

結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)前景大有可為

中國結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的市場剛剛起步，結(jié)合著物聯(lián)網(wǎng)，智慧城市的發(fā)展，未來五年內(nèi)會(huì)滋生出數(shù)十億的市場份額，同時(shí)隨著現(xiàn)有建筑物的逐步老化，市場還會(huì)越來越大。鑒于傳感器的生命周期一般為8年左右，所以也是一個(gè)無限循環(huán)的市場。如果新建筑物在施工階段就采用物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案，那么整個(gè)市場無疑會(huì)擴(kuò)大很多。

例如，一座普通200米左右橋梁監(jiān)測(cè)費(fèi)用10萬左右，每公里隧道監(jiān)測(cè)費(fèi)用5萬左右，每公里地鐵監(jiān)測(cè)費(fèi)用5萬左右，一座體育場館監(jiān)測(cè)費(fèi)用100萬左右，高層建筑監(jiān)測(cè)費(fèi)用30萬左右。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2015年，國內(nèi)現(xiàn)有大小橋梁70多萬座，隧道8000多座(總長度4000多公里)，地鐵總長度超過3000公里，大型體育場館上千座，老舊建筑，高層建筑數(shù)量龐大，未來都有實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警的需求。

同時(shí)日益增多的地質(zhì)災(zāi)害也是一個(gè)龐大的監(jiān)測(cè)市場。猶記得2018年5月9日，成都高新區(qū)聯(lián)合成都高新減災(zāi)研究所，在成都高新區(qū)60個(gè)社區(qū)啟用地震預(yù)警“大喇叭”，通過社區(qū)廣播、手機(jī)、電視等多途徑，在地震波到達(dá)前提前預(yù)警，為民眾避險(xiǎn)爭取寶貴時(shí)間。

希望未來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也能在防災(zāi)防害、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面發(fā)揮越來越重要的作用。