行業新聞

1.引言

近幾十年來，我們國家基礎設施建設飛度發展，數萬座的碼頭在建造和使用過程中會受到環境、有害物質的侵蝕，像船舶、地震運動、人為因素等作用，以及碼頭材料自身的不斷老化，這些都可能會導致碼頭產生不用程度的損傷和劣化，從而這導致安全性的問題。事故也是頻有發生，例如：2020年2月21日舟山一碼頭突然坍塌，現場2人墜海，其中1人死亡；2019年7月22日，溫州市龍灣區萬噸碼頭九號堆場發生一起坍塌事故，造成1人死亡；2018年3月31日22時20分，常熟長江港務有限公司碼頭1號泊位，常熟市宏源貨運有限公司工人在進行鋰輝石粉灌包作業時，料斗架突然坍塌，4名工人被鋰輝石粉掩埋，1人當場死亡，3人送醫院經搶救無效死亡。如果能采取針對性的有效監控措施，在既有建筑受損產生傾斜和沉降初期就能發現和掌握它的變化趨勢及規律，將大大降低出現最壞災害結果的概率。這對于國家穩定有序發展、老百姓能否安居樂業、社會能否安定久安具有重要的意義。因此，為了保證碼頭安全性、適用性和耐久性，加強對碼頭健康狀況監測和評估，實施合理的養護管理工作變得尤為重要。

隨著智能無線傳感技術、高速傳輸技術與智能中控技術的不斷發展和更新換代，高樁梁板結構形式碼頭健康監測的實時性、全天候、平臺化、智能化、可視化逐漸在相關行業的協同發展中得以實現，既有建筑健康監測與物聯網和云計算的融合是我國實現數字化管理和建設智慧城市的一個必然趨勢。

2.高樁梁板式碼頭現狀

我國正處于經濟高速發展時期的基礎設施建設，工程規模和投資力度不斷加大， 港航工程的數量也在不斷攀升，高樁梁板碼頭建設就是其中重要的工程之一。高樁梁板碼頭建設處于江河湖海邊緣，由于受環境、地質、交通、人文等一些復雜因素的影響，施工質量失控事件經常發生，導致人員傷亡、工期拖延、工程質量不達標等實際問題，不僅給國家造成巨大的經濟損失，還會對社會產生嚴重的不良影響。

由于重力式碼頭難以適應無掩護惡劣的海況條件，離岸深水碼頭多采用全直樁透空式碼頭；高樁梁板碼頭在我國施工設計技術已經完善，在離岸深水碼頭建設中有著廣泛的應用。以近期做過一個高樁梁板式碼頭的案例為例：某港區某作業區碼頭二期工程（4#-5#泊位），該工程新建2個5萬噸級散貨泊位。路遇最大縱深約492m，占地面積為385.3畝。主要布置散貨堆場，堆場總面積為156722㎡。此外，本工程還包括生活及長產輔助建筑物，建筑面積為8324㎡。碼頭平臺總長513m，采用前后平臺的形式，前平臺寬17m，后平臺寬23m。前平臺：碼頭采用高樁梁板結構形式，平臺排架間距為7.5m，每榀排架設2根直柱、兩對叉樁共6 根Ф1000PHC 管樁，碼頭上部結構由樁帽、橫梁，靠船構件、邊梁、預應力砼門機軌道梁、縱梁及疊合面板組成。

后平臺：碼頭采用高樁梁板結構型式，平臺排架間距為7.5m，每榀排架設 5根直樁（Ф1000PHC 管樁），碼頭上部結構由現澆鋼筋砼橫梁、預制實心板及現

澆面層組成。怎樣監測這樣一個大跨度，占地面積大的碼頭呢？面對數量如此龐，受碼頭水文及潮汐影響?，F行的傳統的人工監測無法達到監測的目的，健康智能監測云平臺系統將實時監測感知碼頭的變化信息，可以實現全天候監測，極大減少人工的工作負載和提高監測數據的可靠性，這也是高樁梁板式碼頭監測發展的趨勢。

3.為什么高樁梁板式碼頭要選擇智能監測

從監測的實施和效果等方面，基于智能監測相較于傳統人工監測還存在以下優勢：

（1）傳統監測對不同的碼頭測量項目需要使用不同儀器設備，而且受制于人為、 成本、環境、地形等原因，往往難以做到每次高標準、全面完整的碼頭檢測。而智能監測可實現一套包含多種傳感器設備的系統，無需人為干預一次采集并上傳全部所需數據信息，通過全面、綜合的分析；

（2）在發生如地震、暴雨、水文地質、臺風等極端氣候或自然災害的情況下，在發生如 2020 年新冠肺炎疫情爆發的情況，以及在黑夜或其他影響觀察和測量通視的狀況下，都無法進行現場的碼頭人工檢測監測，若碼頭在這些時期發生了危險，人們將難以做到提前預警。而現在的智能傳感器監測能很好地抵御外界影響，傳感器耐腐蝕和耐久性好、體積小重量輕，一經安裝便可依靠電池在低功耗的工作模式下，長期、自動采集監測信息并通過網絡上傳到云端，實現碼頭健康狀況的全天候、自動化、實時監測；

（3）人為測量誤差因素的原因，傳統監測需要人工在現場使用相關測量儀器對碼頭進行檢測，儀器本身光學機械部件等會產生誤差，不同的檢測人員使用儀器的方式和測量的方法不同也會導致數據采集出現誤差，甚至因人為粗心造成數據記錄有誤或缺失也會導致數據的不真實性；另外人工使用儀器量測步驟繁瑣，測量耗時較長，面對整片區域大量老舊碼頭監測需求時力不從心；而內業人員對現場采集回來的數據整理、計算、綜合分析工作量巨大，內外業監測數據連接與交接的整體性復雜且耗時。而現在的傳感器多為高精度智能設備，充分考慮了溫度影響，并通過內置自動補償和濾波等算法最大限度減少環境變化引起的監測數據誤差，提高了數據采集的準確性；同時數據被實時傳上云端，通過云上超強計算能力對監測數據進行處理，實現了碼頭健康監測準確、快速、無紙化的數據采集，以及高效、可靠的數據處理。

（4）傳統監測中碼頭測量需要專業人員來操作各種專業設備，不可避免人為測量誤差和大范圍監測實施過程中的用人成本；同一碼頭人工監測頻率無法達到一天監測多次以上且多數采用周期性檢測；若同時對片區或市內老舊碼頭進行監測也將需要花費高昂的人力成本。而智能監測在實施初期會花費稍高，但長期監測的費用遠低于傳統人工監測，另外巡檢人員只需掌握安裝和調試檢查傳感器即可完成信息采集，解決了碼頭健康監測中成本與效果難兼容的尷尬境地。

4.高樁梁板式碼頭健康智能監測系統架構

由源頭高樁梁板式碼頭中感知端智能設備采集數據信息到應用服務終端全過程，充分考慮我國高樁梁板式碼頭現狀和特點，高樁梁板式碼頭健康監測系統具備的幾個主要功能：

（1）信息采集與傳輸：想要獲悉碼頭的健康狀況，首先就須對所需要的數據進行采集與集成。碼頭的變形和損壞狀況通過現場布設的智能傳感器實時感知采集參數信息，并通過現場局域網的中轉融合接入互聯網實現數據的遠程傳輸

（2）監測數據處理與可視化：數據分析是海量異構大數據處理流程的核心，因為數據的價值正是產出于分析過程。先對監測數據進行預處理，根據系統預設的安全閾值實現對碼頭安全問題的實時預警；再對歷史監測數據進行挖掘與分析，找出碼頭變化的規律，以便對碼頭健康狀況作出科學的預測。另一方面數據分析固然重要，但用戶往往更關心數據分析后的成果展示。住戶希望隨時便捷、簡明地獲知自己住所的安全動態；

（3）數據存儲和系統管理：數據存儲和系統管理是讓我們能更好“使用”數據的基礎，除呈指數級增長的互聯感知設備數量外，還需要持久的存儲。系統需采用合適的數據存儲策略來儲存海量異構的歷史監測數據和巡檢日記等信息，隨時滿足各用戶機構查閱、 分析對比和挖掘大數據時的調取需求。

5.智能健康監測展望與總結

近年來我國碼頭安全問題日益凸顯，隨著國家智能傳感器、物聯網、云計算技術等新技術的日益成熟，面對智能化、主動式、實時高效的碼頭健康監測新要求，以及海量異構監測數據信息的計算、存儲和可視化管理的新挑戰，基于物聯網和云計算技術融合的碼頭健康智能監測己經成為發展趨勢，實現碼頭結構健康的自動化、智能化監測，未來將助力智慧城市的建設。 本文針對高樁梁板式碼頭，分析傳統人工檢測監測方法在數據采集與共享上的局限性，闡述了高樁梁板式碼頭監測系統，解決了傳統監測方法成本高、時效性差、受環境和人為因素影響大等問題。