苏州绕城尹山斜拉桥BIM健康监测系统建设

　　一、总体介绍

　　(一)项目背景

　　尹山斜拉桥位于沪常高速(S58)苏州绕城高速南段，于2004年建成通车，主跨跨越京杭大运河，是苏州市首座独塔单索面斜拉桥，也是绕城高速唯一一座斜拉桥。随着交通流量增长及结构老化，传统人工巡检难以满足桥梁全生命周期安全管理需求。苏州绕城高速公司联合技术单位，以“物联网+BIM+大数据”技术为核心，建设桥梁健康监测系统，于2019年8月正式投入运行。

　　(二)技术方案

　　系统采用“智能感知-数据传输-模型分析-预警决策”四层架构，融合BIM技术构建三维可视化管理平台，实现桥梁结构(索力、变形、裂缝)、环境(温湿度、温度)、荷载(车辆轴重、车速)等9类参数的全天候监测，共布设85个智能传感器。

　　二、主要做法

　　(一)全要素智能感知网络构建

　　以搭建全天候桥梁结构智能跟踪监测体系为目标，从提高桥梁异常诊断能力、提升桥梁应对突发事件水平、提供预防性养护辅助决策等方面，完成尹山斜拉桥全要素智能感知网络构建。

　　(1)结构受力水平监测：选取10对关键斜拉索安装加速度传感器，动态获取拉索异常振动数据，有效避免长期异常振动导致拉索疲劳损伤;采用频率法实时计算索力，当索力变化偏离设计值触发预警，监测结构性能衰减导致的拉索断裂或索力重分配;主梁跨中、塔底关键界面布设振型式应变传感器实现桥梁关键构件应力水平监测，通过温度补偿实现高精度测量，动态识别应力异常与损伤趋势，为结构全寿命周期安全评估提供数据支撑。

　　(2)结构变形水平监测：采用高精度倾角仪阵列实时监测桥梁关键截面倾斜角度变化，通过多传感器数据融合与动态补偿算法反演桥梁线形;采用高精度拉绳式位移计实时测量桥梁梁端伸缩位移，有效识别支座病害与结构伸缩异常，为桥梁线形调控提供量化依据;基于高精度倾角仪实时采集索塔顶部倾斜角度，采用动态滤波技术剔除风振等高频噪声，可精准捕捉索塔偏位趋势，为结构稳定性评估提供核心数据支撑。

　　(3)典型病害跟踪：在索塔、主梁等典型既有裂缝位置跨缝安装16个振弦式裂缝计，实时监测桥梁结构裂缝的宽度和发展趋势，通过多维度数据融合与温度补偿消除环境干扰，建立裂缝发展趋势预测模型，为桥梁耐久性评估提供直观依据。

　　(4)通行荷载监测：桥梁上下行路面布设不停车称重系统，实现桥梁通行荷载全断面监测。采用压电传感器阵列与动态称重算法，实现高速行驶车辆轴重、总重、速度及车型的非接触式实时测量，为治超执法与桥梁荷载监测提供数据支撑。

　　(5)服役环境参监测：左右幅主梁箱室布设温湿度监测设备实现桥梁结构温度和相对湿度监测，评估环境因素对结构耐久性的影响，为桥梁防腐体系维护与结构寿命预测提供基础数据支撑;采用温度传感器实时监测桥梁关键部位温度场分布，通过多点同步采集与温度梯度分析，可有效预防温差裂缝并指导桥梁健康状态评估。

　　(二)数据驱动的智能管理平台

　　(1)基于BIM技术的三维可视化

　　本系统基于BIM技术建立三维可视化平台，融合桥梁结构技术状况评定规则完成构件拆分，系统展现监测点位空间分布，融合桥梁定期检查数据完成BIM模型多层次渲染，实现桥梁检、监测数据融合分析，提高桥梁结构数据利用效率和结构评估水平。

　　(2)智能分析与报警体系

　　桥梁健康监测系统集成多维度数据处理模块，通过监测数据时程展示功能实时动态呈现结构应力、位移、振动等参数的连续变化曲线，支持秒级刷新与历史数据回溯，辅助工程师直观掌握结构响应趋势;车辆荷载时程数据模块依托不停车称重系统获取通行车辆的轴重、速度等动态信息，建立荷载-时间关联数据库;车辆荷载统计分析模块对历史荷载数据进行分类统计，生成轴重分布、超载率等统计报表，为桥梁荷载谱修正提供依据;监测数据相关性分析模块通过时空耦合算法揭示环境因素(如温度、湿度)与结构响应的内在联系，建立温度-位移变形关联模型，量化热胀冷缩效应影响。该系统实现监测数据与荷载信息的智能融合分析，为桥梁运营安全评估提供全要素数据支撑。

　　分级预警与协同处置机制，不以单一测点、单一指标发出预警，建立分级黄、橙、红分级预警机制。桥梁异常报警信息自动生成，系统即时发送至桥梁管养单位，由管养单位核查并制定养护对策后，在系统完成上报工作，形成流程闭环。报警信息闭环处置机制弥补传统养护工作不全面和即时性差的问题，显著提升了桥梁管养工作效率、科学性和数字化水平。

　　三、取得成效

　　隐患精准识别：系统运行以来，累计触发预警694次，橙色报警8次，黄色预警686次，其中633次为超限车通行引起，61次为超限车通行引起桥梁结构荷载效应超限导致，通过人工检测验证并及时处置。

　　跨部门协同：系统与路政、交警平台对接，实现超限车辆信息共享，路-警协同下线路超限车水平显著降低。

　　养护效率提升：建立“监测-评估-维修”闭环流程，养护工单派发至责任单位，处置时效显著提升。

　　尹山斜拉桥BIM健康监测系统通过技术创新与管理变革，成功打造了“数字交通”领域的标杆案例，为我国交通基础设施数字化转型提供了可复制的“苏州方案”。