摘要：相比于傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)而言，實時監(jiān)測系統(tǒng)在橋梁工程施工現(xiàn)場中的應用更為普及，具有監(jiān)測數(shù)據采集可靠、存儲容量大、傳輸速度快等諸多優(yōu)勢。文章研究了橋梁施工現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)架構，完成了現(xiàn)場施工的效率對比試驗。

關鍵詞：實時監(jiān)測;橋梁施工;應用;研究

0 引言

為達到橋梁工程優(yōu)質、高效、安全的施工目的，不僅要具備完善的、一體化的施工方案，更要有一套成熟的施工監(jiān)測系統(tǒng)，使施工管理能夠涵蓋人員、設備、物料等各個方面，便于合理掌控施工的質量和進度。隨著我國橋梁工程領域各項技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段已具備較為先進的施工管理系統(tǒng)，以施工現(xiàn)場的實時監(jiān)測RTM（Real-time Monitoring）系統(tǒng)為例，能夠實現(xiàn)全方位、多角度施工要素的在線監(jiān)測，保障橋梁工程施工的順利進行[1]。

1 RTM系統(tǒng)結構模型

1.1 模型原理分析

RTM系統(tǒng)以當前領先的底層硬件架構為基礎，包括數(shù)據采集、傳感測量、接口轉換、模式識別、數(shù)據存儲等技術，并融合頂層高效的數(shù)據處理模塊，包括數(shù)據分析、數(shù)據傳輸、數(shù)據顯示等技術。從宏觀上來看，RTM系統(tǒng)理論模型可理解為采集端-客戶端-服務器端-移動端模式架構，如圖1所示。

采集端屬于整個系統(tǒng)最底層的架構，通過互聯(lián)網（Internet）與客戶端、服務器端和移動端相連接，可將客戶端、服務器端與移動端統(tǒng)稱為應用終端。該應用終端涵蓋了上述提到的各類數(shù)據結構和應用模塊。

1.2 系統(tǒng)應用領域

RTM系統(tǒng)的應用范圍比較廣泛，以橋梁工程的施工為例，在施工現(xiàn)場的各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)，包括施工人員位置信息、技能水平、施工物料擺放信息及調用情況、施工設備使用情況等。此外，實時監(jiān)測在橋梁工程的施工進度和質量管理方面也有較為深入的應用。本文重點研究橋梁施工現(xiàn)場的RTM系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)硬件布置和系統(tǒng)構建進行深入研究[2]。RTM系統(tǒng)在橋梁工程施工領域中的應用范圍如表1所示。

2 橋梁施工RTM系統(tǒng)構建

2.1 系統(tǒng)架構闡述

在橋梁工程的各施工環(huán)節(jié)中，現(xiàn)場施工為主要部分，包括橋梁的預制件、各類模件等，施工現(xiàn)場的技術人員、施工物料和施工設備比較龐雜，須對施工現(xiàn)場進行合理、有序的統(tǒng)籌管理，因此，搭建橋梁施工現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。實時監(jiān)測系統(tǒng)的最終目的是通過對施工現(xiàn)場各類施工信息和相關參數(shù)的詳細分析，來合理、及時地調配人員、物料和設備，在保障施工安全的前提下，使施工的效率最大化。橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構如圖2所示。

由圖2可知，橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構主要由以下幾部分組成：數(shù)據采集模塊、數(shù)據傳感模塊、數(shù)據測量模塊、數(shù)據清洗模塊、數(shù)據篩分模塊、數(shù)據存儲平臺、數(shù)據分析系統(tǒng)、網絡傳輸系統(tǒng)、接口轉換系統(tǒng)和實時監(jiān)測大屏。數(shù)據采集模塊集成了各類傳感器的探頭和采集器，數(shù)據傳感模塊中主要是一些傳感器獲取的數(shù)據，是由施工現(xiàn)場溫、濕度傳感器和聲光傳感器等發(fā)來的數(shù)據信號。數(shù)據傳感模塊將施工現(xiàn)場所感測到的數(shù)據發(fā)送到數(shù)據測量模塊，經過初步的數(shù)據比對后由數(shù)據清洗模塊對數(shù)據進行清洗，主要是濾掉數(shù)據中的一些干擾信號（去噪），然后由數(shù)據篩分模塊進行分類，分為音頻、視頻和文本類施工數(shù)據，音頻、視頻數(shù)據主要由施工現(xiàn)場攝像頭和錄音卡采集，而文本數(shù)據多由施工技術人員交接班時人工記錄（技術交底），包括當日實際的施工情況、人員交接和工器具使用等，最終傳輸至管理后臺的實時監(jiān)測大屏進行集中顯示，供施工管理人員詳細掌握現(xiàn)場具體情況，進行實時監(jiān)測和調度。

2.2 數(shù)據支持體系

上述系統(tǒng)中各個組件和模塊可作為整個監(jiān)測系統(tǒng)中的執(zhí)行部分，即左側陣列，而右側陣列為監(jiān)測系統(tǒng)的保障部分，負責系統(tǒng)底層架構的部署和相關應用，包括數(shù)據的存儲、分析、傳輸、轉換等。具體來說數(shù)據存儲平臺存有橋梁施工現(xiàn)場獲取的各類施工數(shù)據，包括大量的備份數(shù)據，因此，數(shù)據存儲平臺的容量應足夠大以滿足大數(shù)據量存儲的要求。根據相關橋梁工程施工的歷史經驗數(shù)據可知，部署20 TB左右的硬盤（磁盤陣列）可滿足一年的數(shù)據存放需求，包括多個工程和項目的施工現(xiàn)場數(shù)據存放。各施工監(jiān)測部門可單獨部署大容量硬盤（建議為固態(tài)硬盤），也可依據實際情況購買云服務器資源。固態(tài)硬盤容量及存放數(shù)據類型如表2所示。

2.3 云端系統(tǒng)模式

云端系統(tǒng)架構如圖3所示。各施工單位依托云服務器租用模式，將企業(yè)各類數(shù)據存放到云端，按需購買容量，依據實際的工期計劃按需使用。這種由代理商組建的云服務器租用模式，在一定程度上節(jié)約了施工企業(yè)的辦公用地，且廉價的租用協(xié)議也可使橋梁工程的施工成本降低。鑒于目前云服務相關安全性等因素的考慮，不建議施工企業(yè)將比較重要和敏感的數(shù)據在云上存儲，如供應商信息、成本預算、支出和財務報表等。

2.4 系統(tǒng)架構優(yōu)勢

橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構對于現(xiàn)場的各類施工環(huán)境能夠完整展示，利用高精度的數(shù)據采集裝置和靈敏的數(shù)據傳輸及轉換設備，能夠實現(xiàn)各種圖形和畫面的不失幀展現(xiàn)。橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構主要有以下幾方面的優(yōu)勢：

2.4.1 監(jiān)測數(shù)據采集可靠、全面

通過部署在橋梁施工現(xiàn)場的大量高精度傳感器，能夠獲取真實、可靠的施工現(xiàn)場情況。例如在橋體結構的多個銜接部位布置角度和位移傳感器，能夠及時獲取橋梁在施工過程中的振動數(shù)據和位置偏移數(shù)據，便于施工監(jiān)理人員及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的安全隱患和不符合工藝標準要求的違規(guī)操作。

2.4.2 監(jiān)測數(shù)據存儲空間大

施工單位通過安裝磁盤陣列或使用云服務器的方式都可以實現(xiàn)大容量現(xiàn)場施工數(shù)據的存儲，結合云服務器特有的穩(wěn)定系統(tǒng)架構，如Linux等操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)全年正常運轉而不宕機，保障了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。相比于傳統(tǒng)頻繁更換存儲磁盤的監(jiān)測方式，實時監(jiān)測系統(tǒng)具有更高的系統(tǒng)可用性和更大的數(shù)據存儲空間，節(jié)省了施工數(shù)據導入和導出的流程，在某種程度上提高了橋梁施工監(jiān)測的效率。

2.4.3 監(jiān)測數(shù)據傳輸速度快

橋梁施工現(xiàn)場的網絡系統(tǒng)通常具有一些不確定因素，例如新建的橋梁工程現(xiàn)場多數(shù)沒有安裝網絡機房，施工企業(yè)可自行組網，如構建臨時的無線局域網，或依托4G網絡制式搭建網絡及傳輸系統(tǒng)。通過調研分析可知，當前4G網絡的傳輸速率完全可以滿足橋梁現(xiàn)場施工的各類監(jiān)測數(shù)據的傳輸需求。隨著個別地區(qū)大型橋梁工程的試點和建設，未來將有望實現(xiàn)5G寬帶的整體部署和應用，使橋梁工程的施工效率進一步提升。

2.4.4 監(jiān)測圖像不失幀

畫面的清晰度和數(shù)據的真實性是客觀評價橋梁施工現(xiàn)場實時監(jiān)測系統(tǒng)性能優(yōu)劣的主要指標，其中系統(tǒng)中的數(shù)據轉換、清洗及篩分模塊能夠有效屏蔽施工現(xiàn)場的多余、干擾信號以及其他非施工現(xiàn)場產生的噪音，條件允許的施工企業(yè)可采用LED高精度點陣拼接成的監(jiān)測大屏，使展現(xiàn)的施工現(xiàn)場畫質更加清晰、穩(wěn)定。另外，選用LCD還是LED面板來構成集成顯示大屏也是近年來各企業(yè)爭議的焦點，應綜合權衡用電量、清晰度和使用壽命等因素進行分析、比對[3-4]。實時監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢對比分析如表3所示。

3 工程應用與試驗分析

3.1 施工效率對比試驗

以廣西貴港某跨江大橋的現(xiàn)場施工為例，進行RTM系統(tǒng)應用前后施工效率的對比試驗。試驗中選取了橋梁樁基施工和懸臂施工兩部分的重要參數(shù)，其中橋梁樁基部分的施工周期計劃為30 d，而懸臂部分的施工周期計劃為20 d。未應用在線監(jiān)測系統(tǒng)時，兩部分施工完成的時間分別是25 d和20 d，其中橋梁樁基部分的施工提前5 d完成，而懸臂部分的施工按計劃時間完成[5]。實時監(jiān)測系統(tǒng)應用前后現(xiàn)場施工效率對比分析如圖4所示。

3.2 試驗結果分析

由圖4中施工現(xiàn)場效率對比試驗數(shù)據分析可知，應用RTM系統(tǒng)后，橋梁施工現(xiàn)場樁基部分完成施工的時間為20 d，相比于傳統(tǒng)施工監(jiān)測系統(tǒng)提前5 d，相比于施工計劃要求提前10 d，懸臂施工部分的施工周期則比施工計劃要求提前5 d?？梢姡趹肦TM系統(tǒng)后，無論是橋梁樁基施工還是懸臂施工的效率均有所提高，達到了RTM系統(tǒng)在施工現(xiàn)場應用的預期效果[6]。

4 結語

監(jiān)測系統(tǒng)作為橋梁工程施工中的重要組成部分，對于施工質量、效率和安全性具有重要影響。本文闡述了RTM系統(tǒng)的理論模型，分析了RTM系統(tǒng)在工程應用中所具備的各種優(yōu)勢，搭建了橋梁施工現(xiàn)場RTM系統(tǒng)架構，以橋梁施工現(xiàn)場的樁基和懸臂施工為例，完成了RTM系統(tǒng)應用前后的現(xiàn)場施工效率對比試驗，證明了該系統(tǒng)架構的工程應用前景。

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作者簡介：[ZK（]胡本毅（1987—），工程師，主要從事公路橋梁施工與管理工作。