橋梁是交通工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和樞紐工程，也是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科學(xué)技術(shù)、生產(chǎn)力發(fā)展等綜合國(guó)力的體現(xiàn)。橋梁智能建造是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代下橋梁的發(fā)展趨勢(shì)，也是我國(guó)由橋梁大國(guó)邁向橋梁強(qiáng)國(guó)過(guò)程中關(guān)鍵性的一步。關(guān)于智能建造的概念和內(nèi)涵，不同專家給出了自己的理解，如周緒紅院士認(rèn)為“智能建造是融合新一代信息技術(shù)和工程建造技術(shù)，在工程中利用人工智能技術(shù)完成復(fù)雜建造工作的一種新型生產(chǎn)方式，其重點(diǎn)是人工智能技術(shù)，核心是機(jī)器學(xué)習(xí)、智能計(jì)算技術(shù)與工程技術(shù)相融合?！?。智能建造涵蓋智能化設(shè)計(jì)、智能化生產(chǎn)、智能化施工、智能化運(yùn)維等功能，但其具體內(nèi)涵的邊界不夠清晰、概念混用等情況頻頻出現(xiàn)。本文僅圍繞橋梁智能制造、智能施工及施工過(guò)程中的智能監(jiān)測(cè)三個(gè)方面，論述2023年的前沿技術(shù)成果和研究進(jìn)展。

智能制造是一種通過(guò)利用先進(jìn)的信息技術(shù)，將傳統(tǒng)制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化和集成化的生產(chǎn)方式。其原理是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)，將設(shè)備、設(shè)施和人員連接起來(lái)，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和控制。智能制造的目標(biāo)是提高生產(chǎn)的靈活性、效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化、高度定制化的產(chǎn)品制造。本節(jié)主要針對(duì)橋梁智能制造開展了文獻(xiàn)調(diào)研和動(dòng)態(tài)分析。

隨著城鎮(zhèn)化水平的提升和城市發(fā)展進(jìn)程的演變，對(duì)城市內(nèi)空間利用率的要求越來(lái)越高，橋梁裝配化建造優(yōu)勢(shì)日益凸顯，相比于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工，裝配化建造具有安全可靠、進(jìn)度快、人力成本小、環(huán)境影響小、占地少的優(yōu)點(diǎn)。在橋梁建設(shè)領(lǐng)域，節(jié)段拼裝過(guò)程是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，而智能化設(shè)備與技術(shù)的應(yīng)用為這一過(guò)程帶來(lái)了新的突破和創(chuàng)新。智能傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺和圖像識(shí)別技術(shù)、無(wú)人機(jī)和機(jī)器人技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等在橋梁節(jié)段拼裝中的創(chuàng)新應(yīng)用，為提高施工精度、安全性和效率提供了有力支持。同時(shí)，數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)模型、智能規(guī)劃和調(diào)度系統(tǒng)、自動(dòng)化施工和裝配技術(shù)，以及人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)的引入，進(jìn)一步提升了橋梁節(jié)段拼裝的智能化水平，為未來(lái)橋梁建設(shè)帶來(lái)了更廣闊的發(fā)展前景^[1]。

曾鋒^[1]等通過(guò)對(duì)預(yù)制梁施工關(guān)鍵工序自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化水平的提升及對(duì)工裝設(shè)備的全面升級(jí)改造，開創(chuàng)性地使用了環(huán)形生產(chǎn)線。環(huán)形生產(chǎn)線整體布局如圖1所示。

圖1 環(huán)形生產(chǎn)線整體布局

袁文金^[2]等則針對(duì)波形腹板鋼箱梁智能制造過(guò)程進(jìn)行分析，先將標(biāo)準(zhǔn)箱體拆分成各個(gè)獨(dú)立的單元件，主要為底板單元、隔板單元、頂腹板單元，然后將各單元件進(jìn)行智能化組焊，最后將完整的單元件通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行拼裝焊接形成完整的箱體。具體過(guò)程的結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

圖2 波形腹板鋼箱梁智能制造過(guò)程結(jié)構(gòu)框架

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技術(shù)是以三維(3D)技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了工程建筑項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體與功能特性的數(shù)字化表達(dá)?；贐IM，可對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、建造、維護(hù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、集成和可視化管理。

李海周^[3]針對(duì)傳統(tǒng)焊接機(jī)器人在復(fù)雜焊接工況條件下焊接生產(chǎn)的局限性，對(duì)基于BIM 的免示教焊接機(jī)器人進(jìn)行研究，采用BIM構(gòu)造三維虛擬環(huán)境，通過(guò)數(shù)值仿真對(duì)機(jī)器人焊接路徑進(jìn)行合理規(guī)劃，并融合激光定位技術(shù)對(duì)焊接路徑進(jìn)行跟蹤和偏差補(bǔ)償。采用參數(shù)化建模技術(shù)搭建1:1真實(shí)機(jī)器人模型及焊接工況模型，如圖3所示?；贐IM軟件平臺(tái)參數(shù)化模擬機(jī)器人焊接活動(dòng)姿態(tài)，優(yōu)化焊接路徑，避免機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)超限，避讓焊接路徑中的可能碰撞點(diǎn)。

圖3 1:1真實(shí)機(jī)器人模型及焊接工況模型

劉宏波^[4]以整體預(yù)制拼裝橋梁梅隴特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃摌蛄菏┕ぐ祟A(yù)制管樁基礎(chǔ)沉樁工藝、蓋梁、雙Ｔ梁架設(shè)工藝以及各構(gòu)件連接澆筑UHPC高強(qiáng)混凝土工藝，以上全部工藝均由一臺(tái)樁梁一體機(jī)來(lái)完成。樁梁一體機(jī)是一臺(tái)施工工藝集成化、施工過(guò)程自動(dòng)化、施工管理智能化的設(shè)備。施工的每道工序銜接緊密，每跨工期為５d。所過(guò)之處不需要臨時(shí)便道和作業(yè)平臺(tái)，減少了施工用地；施工過(guò)程智能監(jiān)控，各個(gè)構(gòu)件都能精準(zhǔn)安裝到位，從而實(shí)現(xiàn)了施工工藝一體化、施工平臺(tái)一體化和施工管理一體化的“一體化”設(shè)計(jì)和施工理念。樁梁一體機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 樁梁一體機(jī)總體結(jié)構(gòu)

智慧梁廠是交通運(yùn)輸生產(chǎn)建設(shè)企業(yè)向工業(yè)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路，研究智慧梁廠的智能制造技術(shù)及應(yīng)用創(chuàng)新對(duì)加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)具有重要意義。劉佩斯^[5]等以深中通道項(xiàng)目為工程背景，為實(shí)現(xiàn)預(yù)制梁場(chǎng)的協(xié)同遠(yuǎn)程控制管理，以混凝土箱梁的預(yù)制及移運(yùn)為背景建設(shè)深中通道智慧梁場(chǎng)。深中通道智慧梁場(chǎng)基于BIM技術(shù)，集成鋼筋加工管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鋼筋的自動(dòng)化加工；使用全自動(dòng)液壓整體式模板優(yōu)化了箱梁模板安拆方法；配套智能化混凝土輸送中心改變了傳統(tǒng)混凝土生產(chǎn)的格局；建立智慧梁場(chǎng)協(xié)同管理平臺(tái)集成多種智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程信息的自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)共享。

綜上所述，通過(guò)引入機(jī)械化和工廠化的生產(chǎn)方式，橋梁裝配化建造引領(lǐng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)走向工業(yè)化發(fā)展道路，并將自動(dòng)化、智能化技術(shù)應(yīng)用于建造過(guò)程，逐步向智能建造方向發(fā)展；對(duì)免示教焊接機(jī)器人的應(yīng)用仍處于起步階段，隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑領(lǐng)域發(fā)展，對(duì)高效焊接技術(shù)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈?；贐IM的免示教焊接機(jī)器人作為機(jī)器人焊接未來(lái)發(fā)展的探索方向，具有廣闊應(yīng)用前景；樁梁一體機(jī)的研發(fā)真正落實(shí)了“不落地”施工，減少了施工占地，機(jī)械化集成了施工信息化系統(tǒng)管理，為裝配式橋梁的一體化施工建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量、安全提供了有效保障，為后續(xù)一體化架橋機(jī)在預(yù)制拼裝橋梁工程中的實(shí)際應(yīng)用提供了有用參考；智慧梁場(chǎng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)，是將智能制造技術(shù)與梁場(chǎng)管理流程相融合，大幅提升箱梁生產(chǎn)流程的自動(dòng)化程度，完善各工序管理流程，降低施工成本和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高成品質(zhì)量和效益^[1]-[5]。

智能化施工技術(shù)的綜合應(yīng)用，能夠在降低人力資源成本的同時(shí)最大保障工程質(zhì)量，進(jìn)而提升土木工程的經(jīng)濟(jì)效益，使其能夠在市場(chǎng)發(fā)展中占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)地位。同時(shí)，通過(guò)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的施工設(shè)備和系統(tǒng)，可以有效避免人為疏忽和錯(cuò)誤，提高工程建造的穩(wěn)定性和可靠性。此外，智能化施工技術(shù)可以提供更精準(zhǔn)的工程管理和控制，提高施工過(guò)程的可持續(xù)性和環(huán)境友好性，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生積極影響。本節(jié)主要針對(duì)橋梁智能施工開展了文獻(xiàn)調(diào)研和動(dòng)態(tài)分析。

張后登^[6]等在伍家崗長(zhǎng)江大橋建設(shè)中，設(shè)計(jì)并使用了懸索橋主纜智能化牽引架設(shè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò) LoRa等無(wú)線通信技術(shù)，將卷?yè)P(yáng)機(jī)的牽引繩長(zhǎng)、張力、繩速，拽拉器位置，索股張力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)匯集至控制中心，完成索股的智能化牽引控制，并通過(guò)遠(yuǎn)程終端來(lái)觀測(cè)和控制索股架設(shè)。實(shí)現(xiàn)了主纜架設(shè)施工的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化與高效率。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)涫疽馊鐖D5所示。

圖5 基于 RFID與 LoRa網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)拓?fù)涫疽?拽拉器 RFID定位)

深中通道橋梁工程鋼箱梁制造總計(jì)約28萬(wàn)噸，鋼箱梁制造節(jié)段數(shù)量多、涂裝工作量大。孫悅楠^[7]等為實(shí)現(xiàn)鋼箱梁涂裝提質(zhì)增效，鋼箱梁外表面和鋼橋面采用自動(dòng)化、智能化涂裝生產(chǎn)線進(jìn)行涂裝，包括噴砂除銹、熱噴鋅鋁、噴漆三部分。通過(guò)涂裝質(zhì)量驗(yàn)收，智能化涂裝效率比人工效率提高，提升了鋼箱梁涂裝質(zhì)量，質(zhì)量合格率為100％。

齊宏拓^[8]等以重慶兩江新區(qū)寨子路鋼拱橋?yàn)楣こ瘫尘?，開展基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的大型復(fù)雜鋼拱橋智能化施工方法的全流程研究。基于標(biāo)靶球檢測(cè)算法、快速四點(diǎn)一致集算法、迭代最近鄰算法等實(shí)現(xiàn)標(biāo)靶球點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動(dòng)檢測(cè)及多站點(diǎn)云數(shù)據(jù)之間的自動(dòng)配準(zhǔn)(見圖6、7)；通過(guò) BIM 點(diǎn)云化技術(shù)、kNN 算法等完成目標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的半自動(dòng)化提取，實(shí)現(xiàn)拱肋尺寸的智能化檢測(cè); 基于八叉樹算法、區(qū)域增長(zhǎng)算法等實(shí)現(xiàn)拱肋提升變形的智能檢測(cè); 為縮短拱肋的合攏工期，基于 BIM 模型焊縫信息提取技術(shù)、主成分分析算法、Canny 邊界檢測(cè)算法、霍夫變換算法等提出數(shù)字化預(yù)拼裝算法，得到合攏段的配切量。工程應(yīng)用表明，提出的智能施工方法效率高、自動(dòng)化程度好，研究成果可為大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安裝效率的提升提供理論和算法支撐。

圖6 標(biāo)靶球的檢測(cè)

圖7 配準(zhǔn)后的掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)

羅元成^[9]等為了提高橋梁工程的施工水平，分析北斗精準(zhǔn)定位系統(tǒng)智能化步履式頂推施工技術(shù)，提出基于北斗精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的小半徑曲線多跨連續(xù)鋼箱梁智能化步履式頂推施工技術(shù)的施工方案，以期為同類型施工提供參考。北斗精準(zhǔn)定位系統(tǒng)智能化步履式頂推的基本原理是利用切線微分調(diào)整原理，計(jì)算頂推軌跡，將梁體運(yùn)行軌跡錄入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整頂推系統(tǒng)中各千斤頂?shù)男羞M(jìn)速度。在梁體首尾兩端安裝北斗定位系統(tǒng)，在頂推過(guò)程中，利用北斗三維精準(zhǔn)定位系統(tǒng)對(duì)梁體軸線位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，梁體的偏移和下?lián)蠈?shí)時(shí)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)中，如偏移值超過(guò)規(guī)定值，監(jiān)控系統(tǒng)向控制系統(tǒng)發(fā)出偏移數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整頂推系統(tǒng)各千斤頂速度，調(diào)整糾偏，直至梁體頂推到位。

肖浩^[10]等針對(duì)大節(jié)段混凝土箱梁傳統(tǒng)吊裝施工工效低，智能化程度低，存在高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題，開展工藝創(chuàng)新研究。通過(guò)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)吊桿，實(shí)現(xiàn)吊桿進(jìn)入吊孔后自動(dòng)卡緊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吊裝作業(yè)高效、安全、自動(dòng)化。運(yùn)用U-NET吊孔識(shí)別算法與雙目識(shí)別三維定位算法實(shí)現(xiàn)吊孔與吊桿的智能對(duì)位。通過(guò)對(duì)比，大節(jié)段混凝土箱梁智能化吊裝施工工藝提升了工效，降低了人工需求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制場(chǎng)吊裝少人化，為無(wú)人化梁場(chǎng)奠定基礎(chǔ)。

為解決橋梁建造過(guò)程中，實(shí)體預(yù)拼裝場(chǎng)地占用過(guò)大和施工周期過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，基于點(diǎn)云技術(shù)，廖岳^[11]等提出一種大型復(fù)雜箱梁的智能虛擬預(yù)拼裝方法。通過(guò)對(duì)箱梁連接方式進(jìn)行分析，建立虛擬預(yù)拼裝的技術(shù)框架和虛擬預(yù)拼裝流程?？紤]到箱梁節(jié)段加工的質(zhì)量精度，開發(fā)基于特征平面的梁軸線方向向量提取算法。結(jié)果表明：本虛擬預(yù)拼裝方法具備自動(dòng)化程度高，且不依賴于三維模型，并能有效指導(dǎo)相鄰鋼箱梁對(duì)接截面的錯(cuò)位修正，提高施工效率，為類似結(jié)構(gòu)的數(shù)字化建造提供理論支撐和技術(shù)參考。

李海峰^[12]等針對(duì)大型橋梁橋塔施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、多方協(xié)同管理指揮困難、自動(dòng)化水平低等問(wèn)題，對(duì)常泰長(zhǎng)江大橋６號(hào)墩橋塔傳統(tǒng)液壓爬模系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化升級(jí)，形成大型橋塔模板施工數(shù)字化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)結(jié)合施工管理BIM平臺(tái)、施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，利用移動(dòng)端自動(dòng)化預(yù)警平臺(tái)對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)信息及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)反饋，以及利用Web端信息化集成平臺(tái)作為具象化實(shí)體對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行全方位管理(見圖8)，綜合形成了一套從數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)反饋為一體的數(shù)字化施工管理系統(tǒng)。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)信息化集成

為促進(jìn)大跨度整體預(yù)制混凝土箱梁智慧建造，朱俊樸^[13]等以中山翠亨新區(qū)60 m整體混凝土箱梁預(yù)制為背景，研究了60m跨整體混凝土箱梁預(yù)制智慧建造關(guān)鍵技術(shù)。采用BIM建模生成交互代碼指導(dǎo)自動(dòng)化鋼筋加工、生產(chǎn)訂單數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化等鋼筋加工智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)BIM建模與鋼筋自動(dòng)化加工設(shè)備的連接，提高鋼筋加工質(zhì)量，減少人員投入；采用智能控制液壓模板控制外模自動(dòng)橫向移動(dòng)、豎向調(diào)整和自動(dòng)走行定位，內(nèi)模自動(dòng)支、拆模，減少人工作業(yè)量，提高模板作業(yè)效率；采用混凝土自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，集成ERP管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和車輛GPS定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)混凝土原材料、配合比、生產(chǎn)、運(yùn)輸全過(guò)程管控；采用智能張拉壓漿、自動(dòng)噴淋養(yǎng)護(hù)技術(shù)提高箱梁施工質(zhì)量，減小人為因素影響。

為了提高高鐵橋梁構(gòu)件承載力、橋梁斷面合格率與壓漿密實(shí)度，精確控制張拉與壓漿精度，周廣毅^[14]以某高鐵橋梁工程為例，提出了一種全新的智能張拉壓漿施工技術(shù)，并開展其在橋梁工程中的應(yīng)用探究。首先，作好施工前準(zhǔn)備工作，計(jì)算高鐵橋梁預(yù)應(yīng)力筋張拉伸長(zhǎng)率，為后續(xù)施工技術(shù)的順利進(jìn)行奠定良好基礎(chǔ)。其次，按照設(shè)備的使用說(shuō)明與要求，安裝智能張拉設(shè)備，啟動(dòng)張拉程序，開展高鐵橋梁工程智能張拉施工。然后利用智能循環(huán)壓漿機(jī)，完成高鐵橋梁一次雙孔智能循環(huán)壓漿施工工序。

在工業(yè) 4.0 的背景下，有學(xué)者提出了 Civil Engineering 4.0的概念，即針對(duì)土木工程領(lǐng)域進(jìn)行數(shù)字化與數(shù)據(jù)管理。而數(shù)字孿生技術(shù)作為信息發(fā)展的重要手段，具有多學(xué)科、交叉學(xué)科的特點(diǎn)，并且已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)數(shù)字孿生的特點(diǎn)以及工程實(shí)際，對(duì)面向橋梁工程的數(shù)字孿生作如下個(gè)性化的定義：1）實(shí)現(xiàn)虛擬空間與物理空間、橋梁實(shí)體與模型的融合、交互和等價(jià)映射；2）按照橋梁的生命周期可以分為設(shè)計(jì)階段的先時(shí)孿生、施工階段的同時(shí)孿生以及運(yùn)維階段通過(guò)不同孿生模式對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行感知，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制^[15]。

朱正偉^[16]等提出了數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的預(yù)應(yīng)力混凝土掛籃仿真分析與施工指導(dǎo)方法。建立了剛構(gòu)渡槽掛籃的智能化仿真模式并建立了掛籃的高保真模型。面向施工全過(guò)程建立了數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)智能化管控機(jī)制。在該機(jī)制中實(shí)現(xiàn)了掛籃拼裝、行走和拆除的高效精準(zhǔn)實(shí)施。最終，將研究方法應(yīng)用于工程項(xiàng)目，有效規(guī)避了施工安全風(fēng)險(xiǎn)并顯著提高了施工管理的智能化和信息化水平，為類似的工程實(shí)踐提供了參考。

由于傳統(tǒng)建模方法難以反饋橋梁系統(tǒng)參數(shù)和響應(yīng)的細(xì)微變化，方圣恩^[17]等為此提出了以數(shù)字孿生體作為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的高保真映射模型。實(shí)現(xiàn)對(duì)斜拉橋物理實(shí)體的信息勾勒和可視化過(guò)程，建立高保真的斜拉橋數(shù)字孿生模型；最后，以一座實(shí)橋端錨索的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為感知信息，將變化的索參數(shù)實(shí)時(shí)反饋給孿生模型，實(shí)現(xiàn)模型更新和響應(yīng)預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明，所提出的數(shù)字孿生建模方法能及時(shí)反饋實(shí)橋的參數(shù)變化，并預(yù)測(cè)由此造成的索力、塔頂偏位及主梁跨中撓度的細(xì)微改變。

物聯(lián)網(wǎng)是指應(yīng)用信息傳感器和射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描等技術(shù)，實(shí)時(shí)采集物體的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息、節(jié)點(diǎn)和部位連接數(shù)據(jù)信息、物體互動(dòng)過(guò)程信息等，具體包括聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置、時(shí)間等各種信息。在獲取信息后，進(jìn)行分析和重組，通過(guò)專門的網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)置和端口，將物和物、人和物有效連接，最終對(duì)物品進(jìn)行智能化感知^[18]?；萦浨f^[19]等對(duì)裝配式鋼橋設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)與管養(yǎng)全生命周期關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，搭建了基于 BIM 與物聯(lián)網(wǎng)的鋼橋建管養(yǎng)系統(tǒng)。鋼橋智能建管養(yǎng)系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)合理，業(yè)務(wù)流程清晰，可支持公路鋼橋高效的協(xié)同設(shè)計(jì)、準(zhǔn)確的預(yù)制協(xié)同、可視化的裝配式施工、預(yù)測(cè)性的運(yùn)維管養(yǎng)。實(shí)現(xiàn)了鋼橋全生命周期透明化管理，為傳統(tǒng)鋼橋的智能化建造提供一定的指導(dǎo)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖9所示。

圖9 系統(tǒng)總體架構(gòu)

Honglei Yang^[20]等采用建筑信息模型(BIM)這一人工智能的新視角，設(shè)計(jì)了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別算法模型。在橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中，經(jīng)典神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法與改進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在識(shí)別精度上存在顯著差異。結(jié)果強(qiáng)調(diào)了采用改進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的精度提高。

王忠輝^[21]等為解決異型結(jié)構(gòu)支架布置的技術(shù)難題及傳統(tǒng)模板工程存在的弊端，基于BIM（建筑信息模型）技術(shù)，開展異型結(jié)構(gòu)高大模板支架施工智能化應(yīng)用研究，建立異型結(jié)構(gòu)高大模板支架BIM模型，并進(jìn)行支架智能化布置，實(shí)現(xiàn)異形結(jié)構(gòu)高大模板支架的智能化布置、三維可視化、施工模擬，從而對(duì)模板搭設(shè)全過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)管與控制，確保異型結(jié)構(gòu)高大模板工程設(shè)計(jì)與施工的效率、質(zhì)量及安全。

Tao Li^[22]等利用BIM智能建模對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工現(xiàn)場(chǎng)安全性進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理，提高施工效率。利用施工安全分析系統(tǒng)對(duì)施工安全綁定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將該數(shù)據(jù)與自適用均衡控制和博弈均衡控制相結(jié)合，構(gòu)建施工現(xiàn)場(chǎng)安全目標(biāo)函數(shù)模型。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合全生命周期的控制約束，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析回歸模型構(gòu)建基于BIM的現(xiàn)場(chǎng)安全分析模型。施工場(chǎng)景的安全BIM模型效應(yīng)如圖10所示。

圖10 施工場(chǎng)景的安全BIM模型效應(yīng)

卓旬^[23]等以淮安白馬湖大橋?yàn)檩d體，將 BIM 技術(shù)與鋼結(jié)構(gòu)橋梁加工制造及現(xiàn)場(chǎng)施工各階段進(jìn)行了深度融合。加工制造階段，采用數(shù)字化加工技術(shù)進(jìn)行零件的切割，有效減少現(xiàn)場(chǎng)環(huán)口數(shù)量約 57%；研發(fā)具有項(xiàng)目特色的“一板一胎”技術(shù)，將曲板制造精度控制在 2mm 內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)施工階段，優(yōu)化原定“先拱后梁”施工方案，提出“先拱后梁”方案；建立白馬湖工程項(xiàng)目建設(shè)管理系統(tǒng)，以 BIM 技術(shù)指導(dǎo)項(xiàng)目精細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)及全面管控，達(dá)到精細(xì)化管理的目標(biāo)。

孫運(yùn)慧^[24]等開發(fā)了一套適合橋梁施工的CSC施工項(xiàng)目管理云平臺(tái)。該平臺(tái)在黑河-布拉戈維申斯克（海蘭泡）黑龍江（阿穆爾河）公路大橋（簡(jiǎn)稱：黑河大橋）、七臺(tái)河冠軍橋以及七臺(tái)河生態(tài)環(huán)境治理等項(xiàng)目的施工全過(guò)程進(jìn)行應(yīng)用，從質(zhì)量、進(jìn)度、安全等方面進(jìn)行管控。

綜上所述，在智能化背景下，橋梁工程施工技術(shù)創(chuàng)新的應(yīng)用具有以下幾個(gè)重要意義，可以有效改善橋梁施工現(xiàn)狀：第一，提高施工效率。智能化技術(shù)能夠提供高效的施工方案和工藝，自動(dòng)化和機(jī)械化的應(yīng)用可以減少人力投入，提高工作效率，減少施工周期。第二，降低施工成本。智能化技術(shù)的應(yīng)用可以降低橋梁工程的施工成本。通過(guò)自動(dòng)化設(shè)備和數(shù)字化管理，可以減少人力、物力的浪費(fèi)，提高資源利用效率。此外，智能化技術(shù)還能夠提供精確的數(shù)據(jù)和模擬分析，幫助優(yōu)化施工方案，減少材料浪費(fèi)和二次施工。第三，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。智能化技術(shù)可以促進(jìn)橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展^[25]。

以往橋梁智能監(jiān)測(cè)大多是和橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期聯(lián)系起來(lái)，但是隨著橋梁結(jié)構(gòu)向大規(guī)模和大跨度發(fā)展，橋梁施工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。為了使施工過(guò)程更加標(biāo)準(zhǔn)、安全，在施工過(guò)程中采用智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是很有必要的。橋梁智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、集成光纖與智能傳感技術(shù)、實(shí)時(shí)在線分析與診斷的智能系統(tǒng)；能夠?qū)崟r(shí)感知橋梁結(jié)構(gòu)性能變化，及時(shí)反映橋梁健康狀況，可為橋梁施工和運(yùn)營(yíng)安全提供技術(shù)保障。本節(jié)主要針對(duì)施工過(guò)程中的橋梁智能監(jiān)測(cè)開展了文獻(xiàn)調(diào)研和動(dòng)態(tài)分析。

橋梁轉(zhuǎn)體過(guò)程中處于單點(diǎn)支撐懸臂狀態(tài)，受外界干擾因素多，是橋梁最不穩(wěn)定階段。為保證轉(zhuǎn)體安全，需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)截面應(yīng)力、轉(zhuǎn)體速度、轉(zhuǎn)體角度、牽引力等關(guān)鍵參數(shù)。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法投入人員及設(shè)備多、效率低、成本高，故曹文^[26]等開展基于BIM的橋梁轉(zhuǎn)體智能化實(shí)時(shí)可視監(jiān)控系統(tǒng)研究，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估及預(yù)警橋梁轉(zhuǎn)體過(guò)程中的工作狀態(tài)，以進(jìn)一步保障轉(zhuǎn)體安全。

為提高斜拉索索力監(jiān)測(cè)的效率及精度，董樺樺^[27]等研發(fā)了一種基于前端處理的拉索智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有索力監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)及異常報(bào)警的功能，采用喚醒模式供電方式，大幅降低了傳感器及 CPU 的耗電量；采用 6LoWPAN 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)低功耗、小成本的無(wú)線傳輸；采用可編程測(cè) MEMS 加速度傳感器對(duì)拉索的振動(dòng)時(shí)域和頻域特征值進(jìn)行前端處理，僅將經(jīng)過(guò)分析后少量有價(jià)值的數(shù)據(jù)傳輸至健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大幅減低了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量；采用大動(dòng)態(tài)弱信號(hào)數(shù)據(jù)采集方法，提高信號(hào)測(cè)量分辨率和測(cè)量系統(tǒng)峰值信噪比，有效識(shí)別微弱振動(dòng)信號(hào)中的有效頻率成分，提高了索力測(cè)量的精確度。

陳偉標(biāo)^[28]基于物聯(lián)網(wǎng)提出了一個(gè)橋梁吊籃安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其在施工過(guò)程中可以實(shí)時(shí)對(duì)易發(fā)生問(wèn)題的部分進(jìn)行監(jiān)控，有效避免事故的發(fā)生。系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)上傳的數(shù)據(jù)快速了解現(xiàn)場(chǎng)情況。收集的數(shù)據(jù)不僅可以作為調(diào)整參數(shù)的依據(jù)，同時(shí)可以進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)。橋梁吊籃安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程如圖11所示。

圖11 橋梁吊籃安全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作流程

王浩琛^[29]等針對(duì)公路曲線橋梁檢測(cè)問(wèn)題提出了一種基于三維激光掃描技術(shù)的三維形貌與變形提取方法。將原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行包含降采樣和去噪的預(yù)處理，自動(dòng)提取橋梁軸線來(lái)計(jì)算橋梁里程并定位變形測(cè)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)構(gòu)件點(diǎn)云坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)件空間幾何信息的批量提取。完成了包含一座連續(xù)梁高架橋及其匝道橋在內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)的測(cè)量。所提方法具有較高的可靠性與實(shí)際可行性，能夠滿足公路曲線橋梁三維形貌與變形指標(biāo)全面測(cè)量的需要。

快速、便捷、有效的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)是保障高鐵橋梁運(yùn)營(yíng)安全的重要手段。杜文康^[30]等提出一種基于機(jī)器視覺的高鐵橋梁位移測(cè)量技術(shù)，將SURF(Speeded Up Robust Features)特征檢測(cè)方法與 FLANN-PROSAC(Fast Library for Approximate Nearest Neighbors- Progressive Sampling Consensus)匹配算法相結(jié)合。利用智能手機(jī)采集結(jié)構(gòu)變形視頻，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)位移的快速測(cè)量。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，通過(guò)對(duì)漢字標(biāo)記進(jìn)行識(shí)別，探索了視覺方法在光照變化、霧氣條件、物體遮擋等多種工況下的適應(yīng)性。研究可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)位移的非接觸式測(cè)量，為高鐵橋梁定期管養(yǎng)檢測(cè)、長(zhǎng)期性變形監(jiān)測(cè)提供新的解決思路。模型實(shí)驗(yàn)布置如圖12所示。

圖12 模型實(shí)驗(yàn)布置

為了實(shí)現(xiàn)懸索橋主纜的自動(dòng)化、智能化檢查，馮東明^[31]等開展了基于無(wú)人機(jī)的主纜巡檢路徑規(guī)劃和小樣本數(shù)據(jù)下的主纜病害識(shí)別研究。首先，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)快速建立懸索橋的三維模型，提出主纜無(wú)人機(jī)自動(dòng)巡檢路徑的規(guī)劃方法。然后，采用基于Faster RCNN網(wǎng)絡(luò)模型識(shí)別主纜圖像中的表觀病害。最后，采用基于圖像融合的數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法，提高小樣本數(shù)據(jù)集下目標(biāo)檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

Shuai Teng^[32]等提出了一種基于數(shù)字孿生(DT)和遷移學(xué)習(xí)(TL)的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法采用數(shù)字孿生技術(shù)獲得數(shù)值模型的大量損傷樣本，并將其作為預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)來(lái)訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN。然后，使用遷移學(xué)習(xí)技術(shù)將預(yù)訓(xùn)練好的CNN轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)構(gòu)和真實(shí)橋梁結(jié)構(gòu)中。證實(shí)了大量數(shù)字孿生模型訓(xùn)練的CNN具有較強(qiáng)的兼容性;結(jié)合遷移學(xué)習(xí)技術(shù)顯著提高了CNN對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的性能同時(shí)，利用遷移學(xué)習(xí)技術(shù)對(duì)真實(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到97.3%(比現(xiàn)有方法(非數(shù)字孿生)提高76.6%)。結(jié)果表明，該方法有利于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

在過(guò)去的幾十年里，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)研究的發(fā)展已經(jīng)證明了優(yōu)化退化基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)解決方案的潛力。世界范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)惡化的規(guī)模和現(xiàn)有非破壞性評(píng)估技術(shù)的不足，需要在主流資產(chǎn)管理實(shí)踐中采用可獲得的、定量的、連續(xù)的SHM技術(shù)。T. Hielscher^[33]等提出一種魯棒的端到端光纖傳感器(FOS)監(jiān)測(cè)原型來(lái)解決這一重大需求，該原型利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將FOS應(yīng)變輸出轉(zhuǎn)換為交互式數(shù)字孿生(DT)可視化。證明了數(shù)字孿生在為結(jié)構(gòu)分析生成基線應(yīng)變數(shù)據(jù)時(shí)的準(zhǔn)確性。

王新官^[34]等針對(duì)光纖光柵技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用進(jìn)行研究，將光纖光柵技術(shù)與5G通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行融合，構(gòu)建智能化、信息化、自動(dòng)化的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)。圖13所示為該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，根據(jù)傳感器采集的橋梁結(jié)構(gòu)安全信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁在各種環(huán)境、荷載等因素作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑瑢鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程云服務(wù)器，云服務(wù)器通過(guò)分析處理與識(shí)別判斷，分析病害的發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)估對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響，當(dāng)病害發(fā)展到超過(guò)預(yù)警值時(shí)，及時(shí)提出維修建議，確保運(yùn)營(yíng)安全。

圖13 監(jiān)測(cè)與評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

綜上所述，智能監(jiān)測(cè)可以提升施工質(zhì)量。智能化技術(shù)可以通過(guò)監(jiān)測(cè)、檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析等手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工過(guò)程和質(zhì)量，減少人為因素的干擾，提高施工質(zhì)量和可靠性。例如，傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力，避免施工質(zhì)量問(wèn)題和安全隱患。

橋梁智能制造、智能施工及其監(jiān)測(cè)的研究熱點(diǎn)集中于BIM、數(shù)字孿生、5G、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺等。光纖光柵、激光、圖像、電磁等先進(jìn)傳感技術(shù)也被越來(lái)越多的應(yīng)用。機(jī)器將更多代替人工進(jìn)行橋梁的制造和施工工作，5G、云計(jì)算等信息化技術(shù)的引入將顯著提高橋梁監(jiān)測(cè)的效率。

為促進(jìn)橋梁向更安全、更綠色、更智能、更高效的可持續(xù)方向發(fā)展，筆者認(rèn)為以下幾個(gè)方面是下一研究階段的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

1)在橋梁智能制造方面：應(yīng)深度融合橋梁預(yù)制拼裝與智能化技術(shù)，全面實(shí)現(xiàn)智能制造的機(jī)器化。拓展智慧梁場(chǎng)協(xié)同管理平臺(tái)功能，集成多種智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精益化閉合生產(chǎn)過(guò)程中數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和信息有效利用。

2)在橋梁智能施工方面：數(shù)字孿生(Digital Twin)模型將大量引入橋梁施工領(lǐng)域，用于實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中的可視化、信息交互以及精準(zhǔn)控制。引入“以環(huán)境生態(tài)為導(dǎo)向（EOD）”的智能施工理念，進(jìn)一步推進(jìn)智能施工與綠色施工的有機(jī)融合。

3)在施工智能監(jiān)測(cè)方面：研發(fā)和使用更先進(jìn)的橋梁智能監(jiān)測(cè)裝備以及輕型化、快速化的試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)；研發(fā)和使用更符合橋梁工程施工環(huán)境和管理界面的多源多態(tài)施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成開發(fā)平臺(tái)，降低基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)的門檻。針對(duì)不同橋型、不同施工方案和不同監(jiān)測(cè)目標(biāo)制定針對(duì)性智能監(jiān)測(cè)方案；利用光纖光柵、微波雷達(dá)、數(shù)字相關(guān)技術(shù)（DIC）等先進(jìn)傳感技術(shù)建立差異化的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4）根據(jù)中國(guó)工程院9個(gè)學(xué)部及中國(guó)工程院《工程》系列期刊數(shù)據(jù)，2023年度土木、水利與建筑工程領(lǐng)域全球工程研究前沿項(xiàng)目排列第一位的是“基于人工智能的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及性能預(yù)測(cè)”。將橋梁智能制造、橋梁智能施工及其監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)中獲得的多源多鏈數(shù)據(jù)，有效融合到管養(yǎng)期使用，突破建管養(yǎng)全壽命數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)瓶頸，構(gòu)建基于人工智能的管養(yǎng)輔助決策系統(tǒng)，將成為今后橋梁工程前沿技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)。