“一橋飛架南北，天塹變通途?！苯刂聊壳埃L江上已建、在建的橋梁超過了200座，大家的出行成了真正的“通途”。為了讓這些大型橋梁能夠健康、安全地運營，有很多橋梁工程師、運維人員在背后默默守護。2024年的江蘇省五一勞動獎章獲得者劉興旺就是其中之一。

年僅35歲的劉興旺是中鐵橋隧技術有限公司智能信息所主任工程師，他和同事們用手中的鍵盤、用大數(shù)據(jù)算法敲出了大橋們的“安全碼”。前不久，劉興旺帶領團隊研發(fā)的“橋梁結(jié)構(gòu)智能健康監(jiān)測云平臺預警應急關鍵技術”項目，榮獲2023年度江蘇省科學技術獎三等獎。

“在橋梁長期運營過程中，不可避免出現(xiàn)材料老化，產(chǎn)生銹蝕、裂縫等各類病害，同時也會遭遇諸如大風、地震、車船撞等突發(fā)狀況。隨著橋梁監(jiān)測技術的發(fā)展，傳統(tǒng)以人工檢測為基礎的診斷措施，已難以滿足實時化、數(shù)字化、智能化的需求，大型橋梁智能健康監(jiān)測預警應急技術，將海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析效率提升10倍?！眲⑴d旺說。

南京大勝關長江大橋2005年建成投用時，集多個“第一”和“最”于一身。這是世界上首座六線鐵路大橋、世界上跨度最大的高速鐵路橋，也是世界上設計荷載最大的高速鐵路橋，維護起來難度小不了。不過，新技術也恰恰會在這樣的大橋上率先啟用。劉興旺介紹，這座橋，是國內(nèi)最早一批配備健康監(jiān)測系統(tǒng)的重點鐵路橋梁，在設計建造之初就已經(jīng)有了通盤考慮。

“橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括硬件和軟件兩大部分，在橋梁關鍵部位安裝各類不同的傳感器，通過它們來感知橋梁外力作用下的結(jié)構(gòu)變化，同時后臺的軟件系統(tǒng)診斷橋梁的健康狀況?！眲⑴d旺介紹，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)涵蓋網(wǎng)聯(lián)感知、網(wǎng)絡通信、信號處理、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、結(jié)構(gòu)預警評估等相關技術，是多專業(yè)、跨學科的信息化系統(tǒng)。傳感器是前端的采集系統(tǒng)，源源不斷地傳回海量數(shù)據(jù)，實時捕捉突發(fā)情況下橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，第一時間發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常并報警?！氨热鐦蛄耗昙o大了，它的各項性能是怎么變化的？它的整體健康狀態(tài)怎么樣？再比如地震了、臺風了、車船撞了，橋梁受傷程度怎么樣？還能不能通車了？”

2014年，劉興旺考入東南大學土木工程專業(yè)攻讀碩士研究生，在產(chǎn)學研項目中，他開始參與南京大勝關長江大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析工作。在劉興旺和同事們眼里，枯燥的數(shù)據(jù)會說話。他們集納分析這些數(shù)據(jù)，最初主要通過人工分析的方式來判斷橋梁可能存在的問題，團隊每天人均處理的數(shù)據(jù)量多達10GB?！懊鎸Ａ勘O(jiān)測數(shù)據(jù)該如何處理分析，結(jié)構(gòu)狀態(tài)該如何評價，當時我們每天在電腦前編寫數(shù)據(jù)分析算法，希望數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)的力學性能高度融合，從而提升數(shù)據(jù)分析效率，取代人工操作，并且給出有意義的結(jié)論，輔助大橋的運維管理。”

人的思考和分析如何進行算法化和程序化，這是劉興旺持續(xù)努力想要解決的問題，畢竟人力有限，而人工智能的潛力無限。然而，要把人判斷處理數(shù)據(jù)的方式程序化、把專家對橋梁會診的意見程序化，談何容易。劉興旺帶領團隊，不斷建立完備的特征指標庫和專家知識庫，從而讓算法不斷深度學習?！斑@個過程好比看病就醫(yī)，首先需要做各類檢查，獲得身體的各項數(shù)據(jù)，算法會把身體狀態(tài)有關的健康指標自動提取出來，比如血壓、心率等，然后我們將醫(yī)生們大腦里面的知識和經(jīng)驗做成大模型，這樣系統(tǒng)可以像人工智能醫(yī)生一樣自動對結(jié)構(gòu)狀態(tài)進行診斷了。”

算法系統(tǒng)搭建完成后，效率大大提高，然而實際運行中劉興旺發(fā)現(xiàn)，仍然會有不少預警信息漏報和錯報的情況發(fā)生，嚴重時可能導致高速行駛的列車降速甚至停運，這也是長期困擾行業(yè)的一個難題?！坝捎跇蛄洪L期處于較為惡劣的服役環(huán)境，系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)感知、信號傳輸及存儲過程中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就會導致結(jié)構(gòu)安全預警信息的漏報和錯報，比如前端傳感器損壞或者受到電磁干擾等，會產(chǎn)生大量的無效甚至是錯誤信息，這就容易導致誤診?！?/p>

怎樣通過算法把有問題的數(shù)據(jù)找出來，減少漏報和錯報？劉興旺帶領團隊編寫了大數(shù)據(jù)自動化清洗成套算法，能有效識別并修正異常數(shù)據(jù)，成功將海量數(shù)據(jù)的處理效率提升了10多倍，準確率達到99%，原來一周的數(shù)據(jù)處理工作量，現(xiàn)在半天時間即可完成。他還帶領團隊攻堅克難，成功研發(fā)出“兩線三區(qū)”預警體系，成為橋梁結(jié)構(gòu)檢監(jiān)測領域的重大技術革新，實現(xiàn)多指標動態(tài)閾值綜合預警，有效提高了監(jiān)測系統(tǒng)的報警精度。

多年攻關，劉興旺協(xié)和團隊陸續(xù)研發(fā)出海量檢測數(shù)據(jù)自診斷方法、突發(fā)事件應急管理體系等關鍵技術，成功應用于南京長江大橋、滬蘇通長江大橋、五峰山長江大橋等百余座大橋?！敖鉀Q了系統(tǒng)誤報及漏報長期以來困擾行內(nèi)的發(fā)展瓶頸問題，大大提升了系統(tǒng)工作效率和穩(wěn)定性，目前橋梁結(jié)構(gòu)檢監(jiān)測預警應急體系技術已成功應用于國內(nèi)百余座大型橋梁，每年節(jié)約運營維護費用超6000萬元?！?/p>

（江蘇工人報 沈工萱）

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