目前在世界上已建成的主跨徑最大的前10座斜拉橋、懸索橋、拱橋和梁式橋中，我國分別佔有7座、6座、6座和5座。中國橋樑的關注點已從“建好橋”逐步轉變為“養好橋”。武漢沌口長江公路大橋是中國交建以BOT+EPC模式投資建設，運營養護期30年，依託BIM、物聯網、監控等信息化技術手段，創新開展信息化建設運營管理探索。
重載寬幅的過江通道
武漢沌口長江公路大橋（以下簡稱沌口橋）由中國交建以BOT+EPC模式投資建設，是湖北省重要的貨運車輛過長江通道，是武漢市四環線跨越長江的關鍵控制性工程，也是連接武漢市經濟技術開發區、洪山區及江夏區的最便捷過江通道。沌口橋西起四環線西段，南接四環線南段，全線里程8.599km，雙向4車道，總投資52.25億元，是國內目前已建成通車的最寬跨長江大橋，重載寬幅是大橋的主要特點。全線左、右幅橋樑長度分別為6707.78m和6736.78m，跨江主體工程左、右幅橋樑長度分別為3191.28m和3220.28m。
其中跨江主橋長1510m，為100+275+760+275+100m的雙塔雙索麵鋼箱梁斜拉橋，其接線工程路線長5379m，設大中橋5座，涵洞3座，通道4座。依託信息化應用，開展大橋建設運營管理是沌口橋持續推進的主要工作。
依託BIM技術的全生命管養
BIM技術在現代橋樑建設階段應用較多，而將其成功應用到運營階段的較少，沌口橋項目依託BIM技術，實現了大橋全生命週期管養。
1.在大橋建設期，依託BIM技術建立了BIM協同管理系統。在大橋建設之初，沌口橋項目依據橋樑設計，集合橋樑各部件的具體幾何尺寸、材料屬性、配置特徵等基本信息，建立了BIM數字化信息模型。同時集成了質量、進度、安全、風險、成本控制等信息，輔以GIS、物聯網技術，實現了規劃、設計、建造、管理的全過程信息化管理。一是生成計劃與實際進度信息模型，通過可視化查詢、偏差狀態分析，追蹤工程進度；二是通過手機端採集現場質量安全問題推送至平臺，推送短信提醒，實現問題採集、跟蹤、處理閉合式管理；三是分解工程量清單，把工程量及費用信息賦予模型，實現計劃與實際成本比對管控；四是對接視頻監控系統的數據庫，實時動態監控現場施工人員與環境安全。
2.在大橋運營期，基於BIM模型開發了橋樑健康監測系統。該系統是一個集結構分析計算、計算機技術、通信技術、網絡技術、傳感器技術等高新技術於一體的綜合系統工程。監測系統由3大部分組成：健康監測系統、健康與安全分析評估系統、管理應用系統。
（1）健康監測系統。監控系統負責結構安全信息採集。主要採集主橋、引橋、懸索等位置安裝的近700個傳感器信息，包括橋樑結構的荷載（風力、溫度、交通荷載、地震等），橋樑結構靜力響應（線形、索力、應力等），橋樑結構動力特性（頻率、阻尼比和模態振型等），以及橋樑結構在運營期出現各種結構變化信息。
（2）健康與安全分析評估系統。健康與安全分析評估系統負責結構安全信息處理判斷。結構安全信息處理判斷就是識別影響結構安全性的各種因素，包括建築材料性能退化、結構抗力下降、荷載超限、結構靜力及結構動力特性等參數的異常變化。通過對這些參數的測試採集、分析處理和識別判斷，形成健康監測日報、月報和年報輸出數據及圖形，評估橋樑結構安全等級和適用條件。
（3）管理應用系統。管理應用系統包括安全預警、危險報警、交通管制和管養決策等方面。同時，利用健康與安全監測系統提供的平臺進行設計驗證方面的研究工作，能夠分析橋樑在各種荷載長期作用下的靜動力特性變化規律。通過管理應用系統實現結構安全主動控制。
信息化實現管養精細化
沌口橋項目人員結構比較精簡，要實現大橋精細化管養，必須依託信息化手段提升工作效率。
1. 配置豪華版監控系統，為多渠道採集信息提供基礎。沌口橋監控系統由閉路電視、交通誘導、有線廣播、車輛檢測、氣象檢測、車牌識別、本地控制等11個子系統組成，提供了多渠道的信息採集、道路監控、遠程控制功能，在開通運營的公路大橋中屬於豪華版配置。全橋共安裝有攝像機105臺，基本實現了大橋全方位、無死角、監控全覆蓋，配備了交通事件檢測系統。該系統採用圖像預處理技術、圖像背景提取和更新技術、航天多目標識別與跟蹤技術，對道路上突發的停車、逆行、行人、遺撒物、交通事故、車輛擁堵等交通事件進行實時檢測、報警、記錄、傳輸、統計，並將事件視頻圖像及報警區域圖像切換到主監控畫面，從而實現第一時間內自動報警。交通事件檢測系統與語音喊話、報警電話系統相結合，為實現信息服務“可知可導可達”、應急管理“可測可防可控”提供信息化保障。提前預警，有效避免通行車輛在大橋滯留後形成的單邊擁堵荷載問題。
2.應用信息化養護平臺，提高運營管理工作效率。無紙化辦公、信息化養護已成為收費公路道路、機電養護的趨勢。沌口橋建立了涵蓋資產、巡查、保養、維修、材料出入庫等一套完善的信息化管養綜合平臺，在日常養護中發揮了重要作用。一是將作業流程、養護週期、資產臺賬等錄入平臺，平臺根據時間節點，自動下發任務至相關業務人員的手機端。二是業務人員根據任務要求，在規定的時限範圍內，提醒開展巡檢、保養、維修工作。三是對於需要調用材料的事項，由需要人提出申請，分級審批後，完成電子調撥手續。四是根據採購、報廢等流程信息，自動更新資產臺賬。通過信息化養護平臺，極大地減少了人工統計工作量，規範了養護作業流程及內業資料，提高了運營管理效率。
3.藉助科技化治超手段，為大橋健康穩定運營提供保障。眾所周知，橋樑的鋼箱梁頂面受超限車輛長期作用容易出現疲勞裂縫，降低橋樑的耐用性，目前正在維修加固的武漢軍山長江大橋就是這種狀況引發的病害。在治超方面，沌口橋採取“以疏代堵、疏堵結合”的方式，在上橋兩側接線互通前，安裝有動態稱重檢測設備和可變情報板，將檢測到的超限車輛信息，通過發送情報板來提醒即將上橋的司機，引導超限車輛不準通行沌口橋，降低超限車輛過橋率，減少超限車輛對大橋的危害。目前湖北省平均超限率為3.78%，沌口橋超限率僅有2.8%,科技治超發揮了較為重要的作用。
4.開展“六種”數據比對，及時發現異常設備。沌口橋現有2套標誌站、7套微波車檢、1套一類交調站、3套動態稱重設備，同時湖北省提供有車型清分明細。沌口橋項目將上述不同類型設備採集的數據進行橫向比對，來判斷設備的穩定性、識別的準確性的參數，為設備精準調試提供數據參考。截至目前，已陸續發現了一類交調識別率為117%和標誌站識別率僅為89%等一系列差異性數據，及時通知了設備提供商進行參數調試，確保了大橋設備的穩定運行。
QC攻關提高收費精確清分比例
沌口橋是經營性高速公路，屬於未自設收費站的特殊項目，需要通過在主線架設車牌識別標誌站的方法，解決車輛精確路徑識別、精確收費清分的問題。路徑識別設備參數、性能的好壞，直接影響著項目收益。
根據施工設計，沌口橋項目標誌站牌照識別採用500萬像素車牌抓拍設備，設備的捕獲率應達到98%以上、識別正確率達85%以上。沌口大橋路段目前日均流量達萬餘輛，如按設計要求的識別正確率統計，每天將有千餘輛車未能識別，每天帶來近10萬元的損失。
為了驗證和提高標誌站牌照識別設備的捕獲率、識別正確率，沌口橋成立了QC攻關小組，通過查看設備參數及瞭解其他單位情況，確定了捕獲率應達到99%以上、識別正確率達98%以上的攻關目標，開展了專項課題研究。一是利用人工圖像稽核的方式，確定了現有設備的識別率為85%、捕捉正確率為89%。二是組織小組人員採取頭腦風暴法，從人、機、料、法、環5個方面分析，確定了設備性能為主要影響因素。三是根據分析結果，將500萬像素識別設備更換為性能更加優良的700萬像素設備，實現了標誌站牌照識別的捕獲率99%以上、識別正確率98%以上的攻關目標。四是為了降低標誌站牌照識別設備故障對精確路徑識別造成的影響，小組在同一斷面增加了一套路徑識別設備，確保全天候路徑精確識別。
通過QC攻關，降低了標誌站牌照識別正確率低對精確路徑識別造成的影響，為其他多義性路徑識別設備需求運營管理單位提供參考。
因沌口橋項目採用BOT+EPC模式，有著從設計、建設、運營、養護均由中國交建所屬項目公司運作的優勢，能從全生命週期考慮信息化結合問題，對其他收費大橋管養信息化提供一些參考。由於沌口橋項目運營時間較短，各項工作仍在不斷完善和優化。未來隨著科技的進步、社會的發展，沌口橋會把“互聯網+”、大數據等手段豐富到信息化運營養護管理工作中，把打造開放共享、綠色智慧的現代化交通夢貫徹到工作始終。
作者 / 李志強
作者單位 / 武漢中交沌口長江公路大橋投資有限公司
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