行业新闻

1.引言

近几十年来，我们国家基础设施建设飞度发展，数万座的码头在建造和使用过程中会受到环境、有害物质的侵蚀，像船舶、地震运动、人为因素等作用，以及码头材料自身的不断老化，这些都可能会导致码头产生不用程度的损伤和劣化，从而这导致安全性的问题。事故也是频有发生，例如：2020年2月21日舟山一码头突然坍塌，现场2人坠海，其中1人死亡；2019年7月22日，温州市龙湾区万吨码头九号堆场发生一起坍塌事故，造成1人死亡；2018年3月31日22时20分，常熟长江港务有限公司码头1号泊位，常熟市宏源货运有限公司工人在进行锂辉石粉灌包作业时，料斗架突然坍塌，4名工人被锂辉石粉掩埋，1人当场死亡，3人送医院经抢救无效死亡。如果能采取针对性的有效监控措施，在既有建筑受损产生倾斜和沉降初期就能发现和掌握它的变化趋势及规律，将大大降低出现最坏灾害结果的概率。这对于国家稳定有序发展、老百姓能否安居乐业、社会能否安定久安具有重要的意义。因此，为了保证码头安全性、适用性和耐久性，加强对码头健康状况监测和评估，实施合理的养护管理工作变得尤为重要。

随着智能无线传感技术、高速传输技术与智能中控技术的不断发展和更新换代，高桩梁板结构形式码头健康监测的实时性、全天候、平台化、智能化、可视化逐渐在相关行业的协同发展中得以实现，既有建筑健康监测与物联网和云计算的融合是我国实现数字化管理和建设智慧城市的一个必然趋势。

2.高桩梁板式码头现状

我国正处于经济高速发展时期的基础设施建设，工程规模和投资力度不断加大， 港航工程的数量也在不断攀升，高桩梁板码头建设就是其中重要的工程之一。高桩梁板码头建设处于江河湖海边缘，由于受环境、地质、交通、人文等一些复杂因素的影响，施工质量失控事件经常发生，导致人员伤亡、工期拖延、工程质量不达标等实际问题，不仅给国家造成巨大的经济损失，还会对社会产生严重的不良影响。

由于重力式码头难以适应无掩护恶劣的海况条件，离岸深水码头多采用全直桩透空式码头；高桩梁板码头在我国施工设计技术已经完善，在离岸深水码头建设中有着广泛的应用。以近期做过一个高桩梁板式码头的案例为例：某港区某作业区码头二期工程（4#-5#泊位），该工程新建2个5万吨级散货泊位。路遇最大纵深约492m，占地面积为385.3亩。主要布置散货堆场，堆场总面积为156722㎡。此外，本工程还包括生活及长产辅助建筑物，建筑面积为8324㎡。码头平台总长513m，采用前后平台的形式，前平台宽17m，后平台宽23m。前平台：码头采用高桩梁板结构形式，平台排架间距为7.5m，每榀排架设2根直柱、两对叉桩共6 根Ф1000PHC 管桩，码头上部结构由桩帽、横梁，靠船构件、边梁、预应力砼门机轨道梁、纵梁及叠合面板组成。

后平台：码头采用高桩梁板结构型式，平台排架间距为7.5m，每榀排架设 5根直桩（Ф1000PHC 管桩），码头上部结构由现浇钢筋砼横梁、预制实心板及现

浇面层组成。怎样监测这样一个大跨度，占地面积大的码头呢？面对数量如此庞，受码头水文及潮汐影响。现行的传统的人工监测无法达到监测的目的，健康智能监测云平台系统将实时监测感知码头的变化信息，可以实现全天候监测，极大减少人工的工作负载和提高监测数据的可靠性，这也是高桩梁板式码头监测发展的趋势。

3.为什么高桩梁板式码头要选择智能监测

从监测的实施和效果等方面，基于智能监测相较于传统人工监测还存在以下优势：

（1）传统监测对不同的码头测量项目需要使用不同仪器设备，而且受制于人为、 成本、环境、地形等原因，往往难以做到每次高标准、全面完整的码头检测。而智能监测可实现一套包含多种传感器设备的系统，无需人为干预一次采集并上传全部所需数据信息，通过全面、综合的分析；

（2）在发生如地震、暴雨、水文地质、台风等极端气候或自然灾害的情况下，在发生如 2020 年新冠肺炎疫情爆发的情况，以及在黑夜或其他影响观察和测量通视的状况下，都无法进行现场的码头人工检测监测，若码头在这些时期发生了危险，人们将难以做到提前预警。而现在的智能传感器监测能很好地抵御外界影响，传感器耐腐蚀和耐久性好、体积小重量轻，一经安装便可依靠电池在低功耗的工作模式下，长期、自动采集监测信息并通过网络上传到云端，实现码头健康状况的全天候、自动化、实时监测；

（3）人为测量误差因素的原因，传统监测需要人工在现场使用相关测量仪器对码头进行检测，仪器本身光学机械部件等会产生误差，不同的检测人员使用仪器的方式和测量的方法不同也会导致数据采集出现误差，甚至因人为粗心造成数据记录有误或缺失也会导致数据的不真实性；另外人工使用仪器量测步骤繁琐，测量耗时较长，面对整片区域大量老旧码头监测需求时力不从心；而内业人员对现场采集回来的数据整理、计算、综合分析工作量巨大，内外业监测数据连接与交接的整体性复杂且耗时。而现在的传感器多为高精度智能设备，充分考虑了温度影响，并通过内置自动补偿和滤波等算法最大限度减少环境变化引起的监测数据误差，提高了数据采集的准确性；同时数据被实时传上云端，通过云上超强计算能力对监测数据进行处理，实现了码头健康监测准确、快速、无纸化的数据采集，以及高效、可靠的数据处理。

（4）传统监测中码头测量需要专业人员来操作各种专业设备，不可避免人为测量误差和大范围监测实施过程中的用人成本；同一码头人工监测频率无法达到一天监测多次以上且多数采用周期性检测；若同时对片区或市内老旧码头进行监测也将需要花费高昂的人力成本。而智能监测在实施初期会花费稍高，但长期监测的费用远低于传统人工监测，另外巡检人员只需掌握安装和调试检查传感器即可完成信息采集，解决了码头健康监测中成本与效果难兼容的尴尬境地。

4.高桩梁板式码头健康智能监测系统架构

由源头高桩梁板式码头中感知端智能设备采集数据信息到应用服务终端全过程，充分考虑我国高桩梁板式码头现状和特点，高桩梁板式码头健康监测系统具备的几个主要功能：

（1）信息采集与传输：想要获悉码头的健康状况，首先就须对所需要的数据进行采集与集成。码头的变形和损坏状况通过现场布设的智能传感器实时感知采集参数信息，并通过现场局域网的中转融合接入互联网实现数据的远程传输

（2）监测数据处理与可视化：数据分析是海量异构大数据处理流程的核心，因为数据的价值正是产出于分析过程。先对监测数据进行预处理，根据系统预设的安全阈值实现对码头安全问题的实时预警；再对历史监测数据进行挖掘与分析，找出码头变化的规律，以便对码头健康状况作出科学的预测。另一方面数据分析固然重要，但用户往往更关心数据分析后的成果展示。住户希望随时便捷、简明地获知自己住所的安全动态；

（3）数据存储和系统管理：数据存储和系统管理是让我们能更好“使用”数据的基础，除呈指数级增长的互联感知设备数量外，还需要持久的存储。系统需采用合适的数据存储策略来储存海量异构的历史监测数据和巡检日记等信息，随时满足各用户机构查阅、 分析对比和挖掘大数据时的调取需求。

5.智能健康监测展望与总结

近年来我国码头安全问题日益凸显，随着国家智能传感器、物联网、云计算技术等新技术的日益成熟，面对智能化、主动式、实时高效的码头健康监测新要求，以及海量异构监测数据信息的计算、存储和可视化管理的新挑战，基于物联网和云计算技术融合的码头健康智能监测己经成为发展趋势，实现码头结构健康的自动化、智能化监测，未来将助力智慧城市的建设。 本文针对高桩梁板式码头，分析传统人工检测监测方法在数据采集与共享上的局限性，阐述了高桩梁板式码头监测系统，解决了传统监测方法成本高、时效性差、受环境和人为因素影响大等问题。