南浦大橋位於上海黃浦江之上，這座現代化的橋樑建成於1991年11月19日，是上海市區第一座跨越黃浦江的大橋，也是我國第二座自行設計、建造的雙塔雙索麵、疊合梁斜拉橋。
南浦大橋全長10288米,由主橋及浦東浦西引橋組成。主橋為雙塔雙索麵疊合梁斜拉橋結構，全長846米。主孔跨徑423米。橋塔為折線H形鋼筋混凝土結構，塔高154米，上橫樑“南浦大橋”四個紅色大字為鄧小平同志題寫。每座橋塔兩側各有22對鋼拉索聯結主樑，索麵成扇形佈置，全橋共有180根斜拉索。設計荷載為：汽-超20；驗算荷載為：掛-120及特-300，按7度抗震烈度設防；設計日通行能力為5萬輛，通行限高為4.8米，通航淨空為48米，可通行5萬噸級船舶。大橋的設計壽命為100年。
為了有效地促進南浦大橋日常維修養護的提高，降低成本，減輕工人的操作強度，提高工人的操作水平，養護單位大力推廣新技術、新工藝、新材料、新設備，確保大橋的日常維修養護質量。
新裝備帶來養護便利
a 斜拉索檢測儀對大橋斜拉索進行索力探測
b 路面監測儀對大橋路面進行摩擦係數測量
圖1 快速無損檢測設備
近幾年，隨著市政設施養護科技的不斷創新，南浦大橋技術人員與時俱進，不斷髮掘新技術、新材料、新工藝、新設備，並大量用於日常設施維修養護。在對大橋測量與大橋構件和結構的巡視過程中，運用了大量的快速無損檢測設備。
南浦大橋浦西引橋段是螺旋式上升形態，渣土車過彎時，容易發生“跑、冒、滴、漏”現象，而存留在地上的這些“殘留物”，如果沒有及時處理，極易造成交通事故。南浦大橋作為上海城市快速路內環線的重要過江樞紐，及時清理這些“殘留物”，保證大橋的安全通行，是南浦大橋項目部日常工作之一。
圖2 新引進的回收泥漿清洗車
過去，採用的是白天機動養護，晚上定點養護的方式，依靠人工沖洗和剷除處理橋面的“殘留物”，不但作業存在安全風險，而且效率極其低下。如今，從國外引進了一臺邊沖洗邊回收泥漿的清洗車。採用這樣的清洗車，不僅大大提高了清理橋面土方垃圾的效率，另外，機械化的作業方式，有效規避了人工清掃的安全風險，及時清理了各類殘留物，確保大橋行車安全。同時還節約了人工成本，一臺清洗車進行一次吸掃作業，相當於直接節省了6倍以上的人工。
圖3 防撞緩衝車
為更好地體現“以人為本、善待生命”的理念，在執行《大橋通道養護維修作業控制區管理規定》《公路養護安全作業規程》（JTG H30-2004）、《城市道路養護安全作業規程》規範基礎上，保障養護維修作業人員和通行車輛的安全，項目部早在2013年就配置了一體化防撞緩衝車，目的在於保護作業人員安全的同時，最大限度地減少社會車輛撞擊封道車後，所造成的司乘人員傷亡和財產損失。
該車採用美國進口防撞緩衝裝置，裝置內部使用合金蜂窩板，耐壓性強，緩衝功能大大提高。碰撞發生瞬間，合金蜂窩板即刻變形，有效吸收碰撞能量，最大限度地降低了肇事車輛內的人員傷亡，也確保了維修養護人員免受傷害，同時防止了現場設備遭受損壞，有效地避免二次事故發生。
第1代側壁清洗車
第2代側壁清洗車
圖4 兩代側壁清洗車對比
大橋的保潔工作是重中之重，從路面、防撞牆到防噪屏等，都是日常保潔項目。然而，大橋數十公里的防撞牆如果採用人工保潔，既費時又費力，且存在較大人身安全隱患。自2007開始，管理團隊與設備單位合作研發一種機械式側壁清洗車，通過第1代的使用，不斷改進升級，如今的第2代產品具有良好的人機操作界面，操作方便靈活。主要用於大橋防撞牆、防眩板、護欄、橋墩等清洗作業，冰雪天灌裝融雪劑用於噴霧融雪。在高溫、霧霾季節，還可用於橋面通道灑水作業。沿用至今，在大橋的日常養護保潔中，起到了良好的效益。
數據平臺實現全壽命週期管理
圖5 基於BIM的南浦大橋安全運行管理平臺
南浦大橋的養護工作，不僅僅是人工向機械化方向轉變，同時也在向信息化、智慧化方向轉變。以前，單憑經驗來養護大橋。而現在不一樣了，靠的是數據說話。
“大橋橋樑結構健康監測系統”是一款基於橋樑全壽命週期管理理念，通過BIM運維數據集成的應用系統，主要包括傳感系統、信息收集系統、處理和分析系統等。據介紹，整個南浦大橋共計鋪設了203個傳感器，能全方位對大橋現處的環境、橋面上的交通荷載、橋樑主要結構（拉索索力、主塔結構振動、結構裂縫等）進行實時追蹤監測，並提供結構現狀的可靠性評估，一旦出現超指標的情況，系統就會自動發出預警信號。有了數據的參照，項目管理團隊能夠更加合理地釋放大橋交通能效，更加科學地管理大橋日常養護工作，正確判斷橋樑結構病害，並作出快速處理。
以前，用經驗判斷白天哪個時段適合進行橋面清掃不會造成橋面擁堵，往往會判斷錯誤。現在結合大數據，利用即時車流量反映出的數據，保潔人員可以穿梭在繁忙的高峰時段，對大橋進行清掃保潔。
同時，隨著大橋使用年限的增加，對橋樑各個重要部位的檢測，成為日常養護必不可少的項目，各項檢測數據將成為橋樑養護及維修的基礎依據。
傳統的方法，需通過人工及專業工具進行檢測，得到的數據往往是滯後的，不僅準備工作和檢測時間較長，而且準確度也不是很高。
健康監測系統是一套建立在BIM基礎下，24小時實時對大橋重要部位進行監測的工具，通過安裝在橋樑上的各種檢測模塊，實時跟蹤大橋各項數據，並對異常類數據進行記錄並保存。
健康監測系統主要包括以下模塊：監測數據自動化採集模塊、人工檢測數據管理模塊、數據管理模塊、安全分析評估預警模塊、BIM模型管理模塊。
這些模塊主要記錄環境風荷載、環境溫溼度、結構應力、結構溫度、斜拉索索力、動力特性、地震、塔頂及主樑三向位移、主樑縱橫向變位、裂縫監測、交通荷載的各項數據，之後彙總至服務器上，進行在線預警以及健康評估等功能。
圖6 橋面的全要素氣象監測設備
除了健康監測系統以外，大橋另外安裝了一套“全要素氣象監測設備”。它主要為大橋監測風速風向、大氣溫度、橋面溫度等，在臺風和雨雪天應急處置中發揮了極大的作用。通過對風速的掌控，可以及時在防汛防颱期間調整大橋通行車速；橋面溫度則可以第一時間掌握結冰、積雪的程度，便於在冰雪天及時進行融雪融冰作業。
圖7 冰雪天應急處置
人員管理上，項目部採用的是人臉識別打卡，每位作業人員都有自己的專屬二維碼，包括本人基本信息、安全教育培訓記錄等。通過“慧大橋”手機APP軟件，能對作業人員到崗情況、作業技能進行跟蹤掌握，如遇突發應急情況也能及時安排部署。
圖8 動畫視頻
每天工作前，作業班組都會召開班前會議進行安全交底。而安全交底形式可不僅限於紙上談兵，項目部運用BIM模型製作的可視化安全圍封佈設動態視頻，使橋面情況等比例還原，將整個安全圍封佈設與撤除的過程，通過動畫真實地還原出來，使安全交底變得更直觀、有效。
科研創新突破養護傳統
結構表面高清圖像分析系統
大橋結構表面高清圖像分析系統的研發初衷，是為了實現大橋主塔等超高混凝土結構的遠距離檢查檢測，以便降低成本、縮短週期、提高效率及安全性。
常規的視覺檢測需要用到望遠鏡、腳手架、吊籃等設施，通過這種繁重的勞動獲得的數據往往不準確且主觀，無法進行長期演變評估。高清圖像分析系統集光學、自動控制、計算機技術於一身，對缺陷進行準確定位、拍照、分類，精確測量幾何參數，並形成缺陷數據庫，通過對檢測結果的對比，獲得缺陷演變趨勢。
圖9 大橋結構表面高清圖像分析系統
該分析系統由3部分組成：高清照相機，移動控制工作站和後臺數據處理系統。在觀測之前，先根據觀測點與被測對象的相對位置建立參照系，在操作人員的控制下，對建築表面進行全面掃描，並獲取圖像。在掃描過程中，參照歷史記錄圖形文件，如果發現新的缺陷如裂縫，創建新記錄並確定其類型及狀態。對於幾何尺寸，只需給出裂紋的起始點及轉折點，系統自動計算長度，裂紋的寬度由系統自動估計出平均值及最大值。所有獲取的數據形成一個關於被測表面狀況的完備的數據庫，以便對比和分析。
大橋變形GPS監測系統
圖10 大橋變形GPS監測系統——GPS接收天線（塔頂）
人工監測橋樑變形狀況工期冗長，基本上每年進行一次，時效性差。而大橋變形GPS監測系統則可以實現對橋變形的全天候監測，監測效率提升巨大。
該系統通過在大橋上佈設多個GPS測站，進行大橋全天24小時空間數據(X，Y，Z座標)收集，並通過網橋發送到管理中心計算機,瞭解橋樑受風力、光照、溫度等外部條件不同而引起的橋形變化,為掌控大橋安全提供數據參考。
無人機橋樑檢測系統
圖11 無人機橋樑檢測系統
無人機橋樑檢測系統,是為了實現對大橋平日無法輕易夠及的超高混凝土構件的缺陷檢查,這其中就包括了主橋拉索區岸跨行車無法夠及的混凝土箱梁及超高橋墩的蓋梁等。
一般情況下，對於超高混凝土構件，可採用結構表面高清圖像分析系統，但無法對光照條件差的橋面底部，以及在地面無法觀測到的蓋梁頂面進行檢測。而使用超高登高車不僅作業風險大，而且效率不高。無人機橋樑檢測系統的研製可以實現對這些部位的高效檢測。
無人機橋樑檢測系統通過GPS設置初始工作點，結合輔助定位，控制裝載有攝像裝備的旋翼飛行器，對橋面底部或者側面進行檢測，不僅可以提高大橋超高部位的檢查效率、縮短檢查週期，而且降低了檢查難度與作業風險，是橋樑檢查檢測技術發展的新趨勢。
鉸縫檢測機器人
鉸縫的病缺害隨著橋樑運行年限的增長,發生的幾率逐年增加。鉸縫檢測機器人就是為了應對這一現狀而研製的一種新型鉸縫檢測裝置,以便作業時更加快速、高效和簡便。
傳統方法需要通過膨脹螺栓及支架，將檢測機器固定在空心板樑上，不僅準備時間較長，而且會對混凝土板梁造成一定的破壞。鉸縫檢測機器人能有效地減少對結構的破壞，通過系統搭載的登高平臺，可以方便地改變檢測位置，更加高效。同時也可以更加快捷地移動設備，提高了使用的方便性。
鉸縫檢測機器人包括小型登高平臺，通過搭載方便了整體的運輸及使用。檢測部分使用高精度激光傳感器和三維運動控制器高速測量來不間斷記錄大數據，能更好地檢測和分析橋樑空心板梁之間鉸縫的破損程度。
混凝土表面鐵鏽黃斑清洗劑
傳統的混凝土表面清洗劑，腐蝕性低的清洗效果差，清洗效果好的腐蝕性高。管理團隊研發的這種混凝土表面清洗劑，在實現清洗效果的同時，酸鹼度呈中性。
根據鐵鏽、黃斑以及被汙染的程度，直接使用或事先用水稀釋1～5倍後使用，在使用毛刷、拖布等方法將清洗劑塗抹於被鐵鏽、黃斑汙染面上放置5～10分鐘後用刷子刷洗。通過新型清洗劑的研發和使用，可對沿線的防撞牆外側的鏽水痕跡進行徹底的保潔，該除鏽劑對於去除塗裝層、混凝土基層上的鏽跡效果尤為顯著。
大位移伸縮縫無線監測系統
傳統人工測距方式無法對大位移伸縮縫進行實時監測，且主觀性強誤差大。通過監測系統進行縫寬數據的測量與採集，工作效率及準確度均有質的提升。
該系統通過位移傳感器測量縫寬，後轉換成電信號，通過無線電臺將信號傳出，再由辦公樓位置的無線電臺接收轉換成數字信號，顯示在監控工作站上。在接收到來自大位移的傳感器信號後，利用軟件建立大位移伸縮縫檢測系統。這套軟件提供的模塊，能夠以1000毫秒的頻率更新數據，從而實現對大位移伸縮縫的實時監測。
路燈燈杆清洗裝置
圖12 路燈燈杆清洗裝置
傳統路燈燈杆清洗方式，依靠屈臂登高車配合人工，機械化程度低，專業性不強，效率低下；每清洗一根路燈杆需要的時間較長，對交通影響較大，清洗時還需要工人登高作業，安全性較差。研發團隊歷經128天的艱苦努力，終於研發完成了一款一鍵式全自動化路燈燈杆清洗裝置。
使用路燈杆清洗裝置作業時，只需駕駛員一人在駕駛室操作即可，有效避免了人工作業的危險性，既能提高作業安全係數與適用範圍，又能降低清洗難度與作業成本，達到高效便捷地清洗路燈杆的目的。
該清洗裝置包含多種執行機構，如爬升機構、動力機構、清洗機構、電控系統等，同時配備相應的傳感器來完成整個清洗動作。它實現了自動爬升與高效清洗，並且完全替代人工攀爬操作。此設備的功能應用工作效率也從以前的半小時清洗1根杆件，到現在1小時清洗8根，辛勤鑽研的科研成果最終轉化成了顯而易見的作業效率。
隨著城市快速發展，橋樑、高架等承受著越來越大的壓力，一些年代久遠的設施甚至在超負荷運行下，出現了不同程度的病害。這就更需要精進技術、勇於創新，實現養護維修專業化。
南浦大橋養護管理團隊根據上級部門對設施保障工作要求，實施設施養護運行各項保障工作，加強專業化養護管理，在日常養護維修查漏補缺的基礎上，重點落實解決橋容橋貌的整改提升工作，提升大橋日常養護標準，讓這座黃浦江上最早建成的大跨徑橋樑再一次容光煥發！
本文刊載 /《大橋養護與運營》雜誌 2019年 第3期 總第7期
作者 / 胡彩旭
作者單位 / 上海浦江橋隧運營管理有限公司
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