RTM系统在桥梁施工中的应用研究

摘要：相比于传统的监测系统而言，实时监测系统在桥梁工程施工现场中的应用更为普及，具有监测数据采集可靠、存储容量大、传输速度快等诸多优势。文章研究了桥梁施工现场实时监测系统架构，完成了现场施工的效率对比试验。

关键词：实时监测;桥梁施工;应用;研究

0 引言

为达到桥梁工程优质、高效、安全的施工目的，不仅要具备完善的、一体化的施工方案，更要有一套成熟的施工监测系统，使施工管理能够涵盖人员、设备、物料等各个方面，便于合理掌控施工的质量和进度。随着我国桥梁工程领域各项技术的不断发展，现阶段已具备较为先进的施工管理系统，以施工现场的实时监测RTM（Real-time Monitoring）系统为例，能够实现全方位、多角度施工要素的在线监测，保障桥梁工程施工的顺利进行[1]。

1 RTM系统结构模型

1.1 模型原理分析

RTM系统以当前领先的底层硬件架构为基础，包括数据采集、传感测量、接口转换、模式识别、数据存储等技术，并融合顶层高效的数据处理模块，包括数据分析、数据传输、数据显示等技术。从宏观上来看，RTM系统理论模型可理解为采集端-客户端-服务器端-移动端模式架构，如图1所示。

采集端属于整个系统最底层的架构，通过互联网（Internet）与客户端、服务器端和移动端相连接，可将客户端、服务器端与移动端统称为应用终端。该应用终端涵盖了上述提到的各类数据结构和应用模块。

1.2 系统应用领域

RTM系统的应用范围比较广泛，以桥梁工程的施工为例，在施工现场的各个环节均有所体现，包括施工人员位置信息、技能水平、施工物料摆放信息及调用情况、施工设备使用情况等。此外，实时监测在桥梁工程的施工进度和质量管理方面也有较为深入的应用。本文重点研究桥梁施工现场的RTM系统，对施工现场RTM系统硬件布置和系统构建进行深入研究[2]。RTM系统在桥梁工程施工领域中的应用范围如表1所示。

2 桥梁施工RTM系统构建

2.1 系统架构阐述

在桥梁工程的各施工环节中，现场施工为主要部分，包括桥梁的预制件、各类模件等，施工现场的技术人员、施工物料和施工设备比较庞杂，须对施工现场进行合理、有序的统筹管理，因此，搭建桥梁施工现场实时监测系统显得尤为重要。实时监测系统的最终目的是通过对施工现场各类施工信息和相关参数的详细分析，来合理、及时地调配人员、物料和设备，在保障施工安全的前提下，使施工的效率最大化。桥梁施工现场RTM系统架构如图2所示。

由图2可知，桥梁施工现场RTM系统架构主要由以下几部分组成：数据采集模块、数据传感模块、数据测量模块、数据清洗模块、数据筛分模块、数据存储平台、数据分析系统、网络传输系统、接口转换系统和实时监测大屏。数据采集模块集成了各类传感器的探头和采集器，数据传感模块中主要是一些传感器获取的数据，是由施工现场温、湿度传感器和声光传感器等发来的数据信号。数据传感模块将施工现场所感测到的数据发送到数据测量模块，经过初步的数据比对后由数据清洗模块对数据进行清洗，主要是滤掉数据中的一些干扰信号（去噪），然后由数据筛分模块进行分类，分为音频、视频和文本类施工数据，音频、视频数据主要由施工现场摄像头和录音卡采集，而文本数据多由施工技术人员交接班时人工记录（技术交底），包括当日实际的施工情况、人员交接和工器具使用等，最终传输至管理后台的实时监测大屏进行集中显示，供施工管理人员详细掌握现场具体情况，进行实时监测和调度。

2.2 数据支持体系

上述系统中各个组件和模块可作为整个监测系统中的执行部分，即左侧阵列，而右側阵列为监测系统的保障部分，负责系统底层架构的部署和相关应用，包括数据的存储、分析、传输、转换等。具体来说数据存储平台存有桥梁施工现场获取的各类施工数据，包括大量的备份数据，因此，数据存储平台的容量应足够大以满足大数据量存储的要求。根据相关桥梁工程施工的历史经验数据可知，部署20 TB左右的硬盘（磁盘阵列）可满足一年的数据存放需求，包括多个工程和项目的施工现场数据存放。各施工监测部门可单独部署大容量硬盘（建议为固态硬盘），也可依据实际情况购买云服务器资源。固态硬盘容量及存放数据类型如表2所示。

2.3 云端系统模式

云端系统架构如图3所示。各施工单位依托云服务器租用模式，将企业各类数据存放到云端，按需购买容量，依据实际的工期计划按需使用。这种由代理商组建的云服务器租用模式，在一定程度上节约了施工企业的办公用地，且廉价的租用协议也可使桥梁工程的施工成本降低。鉴于目前云服务相关安全性等因素的考虑，不建议施工企业将比较重要和敏感的数据在云上存储，如供应商信息、成本预算、支出和财务报表等。

2.4 系统架构优势

桥梁施工现场RTM系统架构对于现场的各类施工环境能够完整展示，利用高精度的数据采集装置和灵敏的数据传输及转换设备，能够实现各种图形和画面的不失帧展现。桥梁施工现场RTM系统架构主要有以下几方面的优势：

2.4.1 监测数据采集可靠、全面

通过部署在桥梁施工现场的大量高精度传感器，能够获取真实、可靠的施工现场情况。例如在桥体结构的多个衔接部位布置角度和位移传感器，能够及时获取桥梁在施工过程中的振动数据和位置偏移数据，便于施工监理人员及时发现施工过程中的安全隐患和不符合工艺标准要求的违规操作。

2.4.2 监测数据存储空间大

施工单位通过安装磁盘阵列或使用云服务器的方式都可以实现大容量现场施工数据的存储，结合云服务器特有的稳定系统架构，如Linux等操作系统，可实现全年正常运转而不宕机，保障了监测系统的稳定运行。相比于传统频繁更换存储磁盘的监测方式，实时监测系统具有更高的系统可用性和更大的数据存储空间，节省了施工数据导入和导出的流程，在某种程度上提高了桥梁施工监测的效率。

2.4.3 监测数据传输速度快

桥梁施工现场的网络系统通常具有一些不确定因素，例如新建的桥梁工程现场多数没有安装网络机房，施工企业可自行组网，如构建临时的无线局域网，或依托4G网络制式搭建网络及传输系统。通过调研分析可知，当前4G网络的传输速率完全可以满足桥梁现场施工的各类监测数据的传输需求。随着个别地区大型桥梁工程的试点和建设，未来将有望实现5G宽带的整体部署和应用，使桥梁工程的施工效率进一步提升。

2.4.4 监测图像不失帧

画面的清晰度和数据的真实性是客观评价桥梁施工现场实时监测系统性能优劣的主要指标，其中系统中的数据转换、清洗及筛分模块能够有效屏蔽施工现场的多余、干扰信号以及其他非施工现场产生的噪音，条件允许的施工企业可采用LED高精度点阵拼接成的监测大屏，使展现的施工现场画质更加清晰、稳定。另外，选用LCD还是LED面板来构成集成显示大屏也是近年来各企业争议的焦点，应综合权衡用电量、清晰度和使用寿命等因素进行分析、比对[3-4]。实时监测系统与传统监测系统优势对比分析如表3所示。

3 工程应用与试验分析

3.1 施工效率对比试验

以广西贵港某跨江大桥的现场施工为例，进行RTM系统应用前后施工效率的对比试验。试验中选取了桥梁桩基施工和悬臂施工两部分的重要参数，其中桥梁桩基部分的施工周期计划为30 d，而悬臂部分的施工周期计划为20 d。未应用在线监测系统时，两部分施工完成的时间分别是25 d和20 d，其中桥梁桩基部分的施工提前5 d完成，而悬臂部分的施工按计划时间完成[5]。实时监测系统应用前后现场施工效率对比分析如图4所示。

3.2 试验结果分析

由图4中施工现场效率对比试验数据分析可知，应用RTM系统后，桥梁施工现场桩基部分完成施工的时间为20 d，相比于传统施工监测系统提前5 d，相比于施工计划要求提前10 d，悬臂施工部分的施工周期则比施工计划要求提前5 d。可见，在应用RTM系统后，无论是桥梁桩基施工还是悬臂施工的效率均有所提高，达到了RTM系统在施工现场应用的预期效果[6]。

4 结语

監测系统作为桥梁工程施工中的重要组成部分，对于施工质量、效率和安全性具有重要影响。本文阐述了RTM系统的理论模型，分析了RTM系统在工程应用中所具备的各种优势，搭建了桥梁施工现场RTM系统架构，以桥梁施工现场的桩基和悬臂施工为例，完成了RTM系统应用前后的现场施工效率对比试验，证明了该系统架构的工程应用前景。

[1]顾营迎.基于振弦式传感器的钢构建筑监测预警系统的设计[D].天津：天津大学，2009.

[2]王 雪.无线传感网络测量系统[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]杨 娟.大型桥梁基于预埋表贴传感的全寿命应力监测与安全评价模式[D].重庆：重庆交通大学，2010.

[4]吴 明.大跨桥梁监测技术浅析[J].工程建设与设计，2008，53（8）：53-55.

[5]欧进萍，周 智，武湛君，等.黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术[J].土木工程学报，2004，37（1）：45-49，64.

[6]邱法维，杜文博，钱稼茹，等.虎门大桥应变监测数据处理系统设计[J].桥梁建设，2003（2）：66-69.

作者简介：[ZK（]胡本毅（1987—），工程师，主要从事公路桥梁施工与管理工作。