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從1999年正式動工，2009年全面通車，到2019年以來的整整20年，浙江舟山5座跨海大橋從無到有、從弱到強，是中國現(xiàn)代橋梁和跨海工程發(fā)展的里程碑和見證者。實際上，連島工程的建設和養(yǎng)護，一直在探索一些與智能相關的思路。

由江及海：從錢塘江大橋到舟山連島工程

從1937年茅以升先生主持建成錢塘江大橋到現(xiàn)在，浙江依然如火如荼地建設大型橋梁，浙江的橋梁建設歷時已久。錢塘江大橋是我國自主建設的第一座大橋，有很多創(chuàng)新之處。錢塘江到杭州灣海域，在杭州附近已建成十橋兩隧，還有一座跨江大橋正在建設。其中錢江四橋是一座大規(guī)模拱橋，其下游是嘉紹大橋和杭州灣大橋。

杭州灣大橋是建設較早的一座跨海大橋，海上施工的梁上架梁技術(shù)便是在建設杭州灣大橋時提出來的。從1937年至今，利用該技術(shù)建成了很多橋梁，其中包括舟山跨海大橋一期工程。一期工程的第一座大橋岑港大橋于2001年建成，此后，2003年舟山建設完成了580米鋼混混合梁斜拉橋桃夭門大橋，2009年建成了世界上在復雜外海環(huán)境中建造的最大跨徑斜拉橋金塘大橋。金塘大橋包含主通航孔橋、東通航孔橋、西通航孔橋、非通航孔橋等多種橋型、不同結(jié)構(gòu)，加上連續(xù)剛構(gòu)橋跨境也比較大，在建設的過程中，展示了錢塘江上不同時期的不同技術(shù)水平，以及未來可能提升的目標。目前，這些橋梁都在養(yǎng)護運營中。

錢塘江大橋到舟山入?？诖髽虻慕ㄔO過程，也是我國自主研發(fā)橋梁的過程。目前舟山正準備建設連島工程，修建一座公鐵兩用的跨海大橋，投資200億元左右。

在這些橋梁的建設過程中，有很多創(chuàng)新工法，比如在錢塘江大橋建設的過程中，茅以升先生用涉水法打樁，沉箱法做基礎，浮運法架梁。面對錢塘江潮水洶涌、江底淤泥較深的惡劣環(huán)境，做基礎和架梁對海江上施工都有很多挑戰(zhàn)，茅以升先生采用了幾個很有效的創(chuàng)新手段完成了大橋的建設，在這個過程中可以看到工程創(chuàng)新的思維。在舟山橋梁建設過程中，依然要面臨深水樁基礎問題和海上架梁問題，除此之外，還面臨著如何落實工藝設計的要求。隨著技術(shù)和裝備不斷提升，在這個過程中有了大型的起吊設備、打樁船、鋼管樁等，同時創(chuàng)新思維也在不斷延續(xù)，在發(fā)展中還會遇到新的問題，面對新問題，解決的手段有很多種，其中之一就是通過智能手段解決問題。

舟山跨海連島三橋

過去修建橋梁的手段相對較人工化和機械化，連島工程的建設則更多考慮采用信息化的手段。首先要考慮的是工程管理過程中信息和工程的關系問題。大橋的工程建設是由建設部和所有的相關單位組織形成的，需要通過規(guī)范要求、自然條件等客觀規(guī)律獲得工程信息，獲得的信息有外部的信息和內(nèi)部的信息。其中，內(nèi)部的信息是可控的，諸如結(jié)構(gòu)的受力性能等。外部信息是一些突發(fā)的信息，包括災害、地質(zhì)條件等的影響，還有政策性的信息，比如立即要架梁施工，但個別部門通知該時間段不能施工，或是縣委通知需要調(diào)整工期，這些外部信息都是不可控的。所以，無論是管理單位還是項目指揮部，都需要通過這些信息做出合理的決策，選出最優(yōu)的方案，把人、機械設備和資金按時間窗口、空間窗口有效地投入到工程中，規(guī)避工程風險。

完整的工程建設是將意識變成物質(zhì)的過程，是將藍圖變成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的過程。這一過程可以有很多途徑，但無論通過怎樣的途徑，信息都發(fā)揮著重要作用。在實際的建設過程中，可以采用很多信息化的手段。

例如與海事和通航的關系，建設時期需要海事和通航基站的支持，了解更多的海上信息，避免出現(xiàn)事故。在專項工程橋梁施工過程中發(fā)生過兩次碰撞，一次是臺州籍的船由于錯拿了過期海圖，撞到正在建設的橋墩。另外一次是韓國籍船只在錨地上，由于風浪雨都很大，船只順流撞到橋墩。兩次事故雖然損失不大，但都是由于對信息掌握不明造成的，所以在整個建設和運營過程中，海事信息化是橋梁建設的重要支撐。

另一方面，要與氣象站建立合作關系。氣象站會定期發(fā)送天氣預報，因為在混凝土施工時，有可能每隔半小時就有大風侵襲，天氣預報可以讓相關部門在暴雨、臺風等惡劣天氣來臨之前及時采取措施。

西堠門大橋

信息化運營：復雜服役環(huán)境下跨海橋梁的智能化管養(yǎng)

海水的沖刷、海洋環(huán)境的腐蝕等對橋架結(jié)構(gòu)的影響非常大，而且很難把握。一座大跨徑橋梁就是一個系統(tǒng)空間，空間里各種因素的狀態(tài)都會影響橋梁的結(jié)構(gòu)，橋梁在部分構(gòu)件受損時，其受力特性會發(fā)生改變，并且與其他構(gòu)件表現(xiàn)出較大的差異性。這些差異可以通過數(shù)字化巡檢和人工巡檢監(jiān)測到，從而為后期養(yǎng)護找到要點，找到問題關鍵。目前，舟山跨海大橋、中小型跨海大橋、珠江大橋等都做了養(yǎng)護評估和現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)果顯示，從狀態(tài)監(jiān)測獲得的信息還遠遠不夠。面對復雜的服役環(huán)境，舟山連島工程建立了“車-橋-環(huán)境-船”一體化的智能監(jiān)測系統(tǒng)。通過遠程感知、系統(tǒng)控制、防護決策、車橋環(huán)協(xié)同高度智能化方式，對結(jié)構(gòu)位移、結(jié)構(gòu)沖刷、結(jié)構(gòu)應力、風場、潮位、海浪、車流量和船舶等進行檢測。

從信息的角度出發(fā)，橋梁養(yǎng)護工作可描述成數(shù)據(jù)采集至數(shù)據(jù)應用的過程。這些數(shù)據(jù)應該包括一切與橋梁相關的數(shù)據(jù)，如橋梁健康及環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、規(guī)范設定及參數(shù)量化數(shù)據(jù)、數(shù)值模型及模擬計算數(shù)據(jù)、人工采集及性能評價數(shù)據(jù)、橋梁檔案及施工控制數(shù)據(jù)等。面對如此數(shù)量龐大、種類多樣、實時性強的數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)的橋梁智能養(yǎng)護平臺應運而生。它集成了數(shù)據(jù)庫技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)的橋梁數(shù)字智能化養(yǎng)護管理平臺，將有力地促進橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)標準化、智能化、時效化、便捷化、信息化、一體化的實現(xiàn)。

獲得的信息越多，預測結(jié)構(gòu)的狀態(tài)越準確。前幾年，通過在金塘大橋建立的局部監(jiān)測系統(tǒng)，可以監(jiān)測振動位移，真實了解鎖震與哪些因素有關。健康監(jiān)測是通過一系列傳感器從運營狀態(tài)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中實時、周期性采樣以獲取數(shù)據(jù)，抽取對損傷敏感的特征因子并統(tǒng)計分析這些特征因子，從而評估結(jié)構(gòu)當前的健康狀況，為橋梁的養(yǎng)護提供數(shù)據(jù)基礎。

監(jiān)測系統(tǒng)可監(jiān)測臺風，分析監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)海上風與內(nèi)陸風有很大不同，并且風期更長。結(jié)合舟山長期有風且風向幅度較大較寬的環(huán)境特點，制作了湍流強度分析，結(jié)果顯示與規(guī)范建議值較相近，但是離散度較大，說明臺風的湍流度較高。

除此之外，為降低水下撞擊風險，研發(fā)了跨海橋梁樁基沖刷監(jiān)測裝置和安全性評估系統(tǒng)。此前這類研究是針對清水模型，認為流速是一定的，經(jīng)過一定的沖刷之后會平衡。在實際的海上工程中，沖淤變化會隨時間而變，圍墾對其影響明顯，將海上架梁改為梁上架構(gòu)，對以后運營期會有非常大的影響。所以，要觀察流速參數(shù)的演化趨勢，實際監(jiān)測沖刷深度的變化，與原來的用數(shù)模計算離散不同，數(shù)模在實際工程中受很多其他因素影響。新研發(fā)的裝置申請了專利，將其放到海里監(jiān)測杭州灣海域的情況，包括海上樁基的沖刷，以及沖刷之后造成的樁側(cè)土壓力的損失和沖刷深度的變化。

船舶碰撞、船撞橋的智能監(jiān)測也是重要研究方向，目前我國有幾個項目正在推進，通過參考航空領域的反導系統(tǒng)，希望可以真正做到防災害控制。實現(xiàn)智能化的綜合主動防撞需要做很多方面的研究：首先是建立識別船舶偏航的風險模型。通過相關的動力算法研究船和橋的風險關系，估計全海域近橋側(cè)的船橋安全態(tài)勢，最后完成船舶攔截或一些風險控制。其次是對海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕和耐久性氯離子滲透做風險概率研究。以前在橋上做過相關的測試，但是一直沒有很好的規(guī)范來擬核氯離子滲透，實際上影響氯離子滲透的因素比較多，連島工程也對氯離子的分布量進行了一些測定。

聰明的橋梁：智慧海洋背景下的大型跨海工程養(yǎng)護

舟山海域正在建設智慧海洋，智慧海洋將為未來跨海工程的橋區(qū)海域環(huán)境信息獲取和智能化管控提供重要支撐，支持“海-橋-車-環(huán)境”一體化智能信息獲取和系統(tǒng)控制。

目前，舟山正在創(chuàng)建國家智慧海洋示范區(qū)，示范區(qū)掌握很多與海洋相關的智能監(jiān)測和數(shù)據(jù)，要讓智慧交通和智慧橋梁實現(xiàn)最優(yōu)嫁接，就要將車路協(xié)同智能材料和智能機器全面滲透到跨海大橋的管理中。浙江正在對全省高速公路開展智能化改造，信息技術(shù)全面融入到高速公路和跨海工程中，未來的跨海工程不僅是鋼筋混凝土，更是信息的載體，車路協(xié)同、智能橋和智能車從建設到運營融合得更加緊密。目前跨海大橋存在缺乏海上信息、救援能力薄弱、無法通行危化品、智能化管理不足等問題，一旦災害發(fā)生，將難以做好控制和救援。這僅是其中的幾個方面，更為關鍵的是如何提高算法？如何分析信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)？如何保養(yǎng)傳感器設備？如何精確預測橋梁的狀態(tài)，是否還能成核載？未來還能使用幾年？是否可修？是否要修？這些問題分析得遠遠不足。

從結(jié)構(gòu)層面來說，信息技術(shù)硬件設施全面融合基礎設施，橋梁不再是單純的受力構(gòu)件；智能化材料和感知元件大量使用，橋梁的自感知和生產(chǎn)信息能力更強；車路協(xié)同的發(fā)展帶來了革命性的變化，不智能的橋梁基礎設施可能會被淘汰。從數(shù)字層面來說，“海-橋-車-環(huán)境”一體化信息獲取，需要橋梁建設養(yǎng)護的數(shù)字化和智能化；在建設運維全過程，對“海-橋-車-環(huán)境”系統(tǒng)進行建模、預測和控制的需求越來越高；數(shù)據(jù)關聯(lián)驅(qū)動和狀態(tài)預測算法精度控制的運營養(yǎng)護。

（本文根據(jù)作者在2019世界交通運輸大會上所作報告整理，有刪減，題目為編者所加。）