周 敏 張超男 于匯杰 張 睿

（內(nèi)江師范學院建筑工程學院，四川 內(nèi)江 641100）

0 引言

隨著5G技術(shù)研發(fā)成功并逐漸成熟，給生產(chǎn)建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)革新以及娛樂生活注入了新的發(fā)展動力。自2019年5G商用開始，全國各地都積極推進5G信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進度，截至2019年年底，全國已建成5G基站超過13萬個[1]?；?G基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，5G技術(shù)也在各行各業(yè)得到廣泛的應用，比如5G+醫(yī)療、5G+北斗、5G+AI、5G+8k等，也為在橋梁施工、檢測和維護中的應用提供了可能。

橋梁作為交通系統(tǒng)的重要組成部分，我國于20世紀90年代末開始進入橋梁建設(shè)高峰期，截至2015年底，國省干線約16%的橋梁服役時間超過25年，約31%的橋梁服役時間超過15年[2]。需要注意的是，在役橋梁會因性能劣化、超載等因素引起橋梁損壞，容易造成人民群眾生命安全和財產(chǎn)損失。因而面對如此眾多的橋梁，將5G技術(shù)引入到橋梁工程建設(shè)和后期監(jiān)測中變得尤為重要。本文在介紹橋梁工程建設(shè)施工及后期監(jiān)測維保中所存在的問題和5G技術(shù)性能特點的基礎(chǔ)上，重點探討了5G技術(shù)在橋梁施工、后期監(jiān)測及維保過程中的應用。

1 橋梁工程在建設(shè)及后期監(jiān)測維保中存在的問題

1.1 影響因素分析

橋梁工程在建設(shè)期間及后期監(jiān)測維保中會受到許多外界因素的影響，這些因素根據(jù)成因大致可以分為兩類：人為因素和自然因素。這些影響因素會存在損壞橋梁內(nèi)部結(jié)及其安全的風險，受損的橋梁需要及時進行修復，受損嚴重的橋梁只有報廢重建，都需耗費大量的人力物力，因而有必要做好橋梁的監(jiān)測及后期維保。

（1）人為因素

影響橋梁安全的人為因素很多，主要集中在后期使用過程中，比如，長期車輛超載會使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形，并且這種變形是不可逆的，超載同時會使橋梁結(jié)構(gòu)承載能力下降；當船舶或車輛發(fā)生意外撞擊橋梁時，會破壞橋梁的穩(wěn)定性，特別是船舶撞擊橋墩，會導致橋梁發(fā)生較大偏移并且巨大的沖擊力還會破壞混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；爆炸產(chǎn)生的壓力會直接破壞橋面與梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如材料破壞、結(jié)構(gòu)內(nèi)部變形，隨之產(chǎn)生的沖擊波也會使橋梁發(fā)生明顯的搖晃偏移。

（2）自然因素

自然因素如地震、潮浪、大風等一旦發(fā)生，不僅在橋梁建設(shè)期間，還在后期使用維保過程中，都會給橋梁工程的安全性帶來極大的危害，特別是震級較高的地震會直接造成橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的損傷及巨大破壞。

1.2 存在的問題

（1）施工方面

近年來，隨著裝配式建筑技術(shù)在大型橋梁施工過程中的應用，大大加快了橋梁建設(shè)的速度，但裝配式橋梁在拼接施工過程中存在對接精度不夠、對接過程耗時耗力等難題。無論是預制墩柱與基礎(chǔ)的拼接，還是上部結(jié)構(gòu)與墩柱的拼接都存在施工緩慢、對接困難的問題。裝配式橋梁施工拼接過程中，塔吊工人不能近距離看到拼接作業(yè)的準確狀況，就只有依靠現(xiàn)場拼接作業(yè)的工人與塔吊工人的密切配合來完成。若兩者配合不默契，拼接過程就需要反復嘗試，這樣就會耗費大量的時間和人力，客觀上就會延長施工周期，最終會影響橋梁的建設(shè)進度，加大橋梁的建設(shè)成本。

（2）監(jiān)測方面

傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測主要依賴于現(xiàn)場檢測來完成，檢測方法主要有外觀檢測法和局部檢測法等。這些檢測方法往往需要檢測人員攜帶各類儀器設(shè)備親臨現(xiàn)場開展檢測，檢測過程不僅費時，而且費力，更重要的是不能連續(xù)獲取到橋梁監(jiān)測的數(shù)據(jù)。因而，橋梁如果一旦遭遇突發(fā)意外事件的損害時，不能第一時間獲取到信息及有效的數(shù)據(jù)，就無法及時有效地評估橋梁的健康狀態(tài)，給后期維保帶來極大的不便。

（3）維保方面

橋梁監(jiān)測系統(tǒng)一般采用光纖網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，一般接入距離比較遠，常常需要使用專用通訊線路，光纖網(wǎng)絡的建設(shè)及租用成本都很高，導致后期的維保運營成本同樣很高[3]。

2 5G技術(shù)的性能特點及應用場景

作為移動通信網(wǎng)絡中發(fā)展的第五代網(wǎng)絡，與4G進行對比分析，5G在關(guān)鍵性能指標方面的優(yōu)勢非常明顯。5G與4G關(guān)鍵性能指標的對比如表1所示。

表1 5G與4G關(guān)鍵性能指標的對比

從上表對比分析可看出，5G網(wǎng)絡不僅傳輸速度快，而且還存在低時延、能與大規(guī)模設(shè)備連接等優(yōu)勢及特點。在此基礎(chǔ)上可以建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能互聯(lián)網(wǎng)，不僅實現(xiàn)信息的傳輸，還可以重新構(gòu)建安全體系。因此，5G技術(shù)主要應用于增強型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模機器類型通信（mMTC）、超可靠和低延遲通信（uRLLC）等3種場景[4]，具體應用如圖1所示。

圖1 5G的三大應用場景

3 5G在橋梁施工及監(jiān)測、維保中的應用

隨著移動通信技術(shù)的快速發(fā)展，可基于5G網(wǎng)絡技術(shù)的性能特點及其優(yōu)勢，將其應用于橋梁工程的建設(shè)施工、后期監(jiān)測及維保中，提高橋梁工程建設(shè)的水平和后期維保管理水平。

3.1 在橋梁施工中的應用

利用5G+技術(shù)，在橋梁施工現(xiàn)場搭建5G網(wǎng)絡，將施工機械設(shè)備及各種監(jiān)測儀器接入5G網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)橋梁施工過程中的各種數(shù)據(jù)的實時傳輸和接收，極大地方便了施工技術(shù)人員對施工過程的管理和監(jiān)督。利用5G網(wǎng)絡，可以對現(xiàn)場建筑材料的使用進行實時監(jiān)管和科學調(diào)配，以最優(yōu)的庫存數(shù)量保障施工的順利進行，既可以杜絕因物資缺乏導致的停工，還能防止現(xiàn)場過多的積壓物資造成資金的占用；利用5G 網(wǎng)絡將現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)及時接入BIM系統(tǒng)，基于BIM系統(tǒng)的可視化和協(xié)調(diào)化的性能特點，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的可視化管理，并有利于現(xiàn)場不同作業(yè)部門之間展開高效地協(xié)同，以保障施工質(zhì)量并提高施工作業(yè)的效率；5G技術(shù)的高傳輸速度及低延時特點，還能極大地提高施工安全管理，第一時間獲取到現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，安全管理系統(tǒng)就可以第一時間進行預警，便于現(xiàn)場管理人員以最快的速度作為判斷和決策，還可以通過接入的數(shù)據(jù)分析出潛在的安全隱患。

裝配式橋梁無論是預制墩柱與基礎(chǔ)的拼接，還是上部結(jié)構(gòu)與墩柱的拼接都存在施工緩慢、對接困難等問題，利用5G技術(shù)就可以很好地解決拼接施工過程中存在的對接精度不夠、對接過程耗時耗力等難題。利用“5G+無人機”技術(shù)，借助特制的可伸縮式無人機對拼接過程進行全方位、無死角微拍，然后通過5G網(wǎng)絡高速率、低時延的特性將橋梁拼接現(xiàn)場畫面實時傳送給塔吊工人，塔吊工人就可以第一時間了解構(gòu)件拼接的準確狀態(tài)，便于調(diào)整角度與距離，從而快速完成對接拼裝工作。此外，還可以在梁上安裝紅外線定位系統(tǒng)，對拼接處進行兩端定位，將對接拼裝定位數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)剿豕と嗣媲暗钠聊簧?，塔吊工人就可以直接通過數(shù)據(jù)來調(diào)整角度或距離，無需交流就可以直接拼裝完成。依靠定位數(shù)據(jù)進行拼裝，不僅定位準確、拼裝精度高，還節(jié)省了大量的拼裝時間，大大縮短了施工周期。

3.2 在橋梁監(jiān)測中的應用

利用5G技術(shù)，可以實現(xiàn)橋梁的遠程監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳輸。通過BIM 三維數(shù)字建模和接入的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程可視化監(jiān)測以及橋梁狀態(tài)智能化分析，可對橋梁安全存在的隱患進行自動預警或報警，有助于連續(xù)獲取橋梁狀態(tài)數(shù)據(jù)，更加精準地判斷橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和預防安全隱患，不僅避免了傳統(tǒng)檢測的費時費力，還避免了人力現(xiàn)場檢測作業(yè)的安全風險。港珠澳大橋開展的5G智慧橋梁監(jiān)控項目，就是5G+橋梁監(jiān)測上的一種具體應用。它主要通過5G網(wǎng)絡及北斗衛(wèi)星實時監(jiān)測橋梁安全，提高大橋應急管控能力。

3.3 在橋梁維保中的應用

利用5G 技術(shù)，可以實現(xiàn)橋梁維保的精細化和智能化。通過5G網(wǎng)絡將橋梁監(jiān)測的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦芾矶耍芾矶藢ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)挖掘和智能化分析后，自動給出預測性維保方案，基于維保方案就可以及時制定維保計劃并組織實施，極大地提高橋梁維保的及時性和有效性，并有效降低了維保的成本。此外，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)還能準確對橋梁的損傷部位和損害程度進行定位，便于快速、有的放矢、精準地對橋梁進行維修。

4 結(jié)束語

橋梁工程在建設(shè)期間及后期監(jiān)測維保中會受到許多外界因素的影響，這些影響因素會存在損壞橋梁內(nèi)部結(jié)及其安全的風險，受損的橋梁進行修復或報廢重建，都需耗費大量的人力物力?；?G網(wǎng)絡技術(shù)的高速率、低延時等性能特點及其優(yōu)勢，將其應用于橋梁工程的建設(shè)施工、后期監(jiān)測及維護中，實現(xiàn)橋梁施工過程中的各種數(shù)據(jù)的實時傳輸和接收，極大地方便了施工技術(shù)人員對施工過程的管理和監(jiān)督；解決裝配式橋梁在拼接施工過程中存在的對接精度不夠、對接過程耗時耗力等難題；實現(xiàn)遠程可視化監(jiān)測以及橋梁狀態(tài)智能化分析，可對橋梁安全存在的隱患進行自動預警或報警，有助于更加精準地判斷橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和預防安全隱患并實現(xiàn)橋梁維保的精細化和智能化，從而有效提高橋梁工程建設(shè)的水平和后期維護管理水平。