DB37∕T 5245-2022 桥梁智慧健康监测技术标准(山东省).pdf
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1、 DB 山山 东东 省省 工工 程程 建建 设设 标标 准准 DB37/T xxxx2023 Jxxxxx2023 桥梁智慧健康监测技术标准桥梁智慧健康监测技术标准 Technical specification for smart health monitoring system of bridge(报批稿)2023-xx-xx 发布 2023-xx-xx 实施 山东省住房和城乡建设厅 联合发布 山东省市场监督管理局 山东省工程建设标准 桥梁智慧健康监测技术标准 Technical specification for smart health monitoring system of bri
2、dge DB37/T xxxx2023 Jxxxxx2023 主编单位:山东省建筑科学研究院有限公司 青岛市市政公用工程建设发展中心 批准部门:山东省住房和城乡建设厅 山东省市场监督管理局 实施日期:2023 年 月 日 前 言 根据山东省住房和城乡建设厅、山东省市场监督管理局 关于印发2021 年山东省工程建设标准制修订计划的通知(鲁建标字202119 号)的要求,编制组经过深入调查和试验研究,依据国家相关标准,结合山东省具体情况,编制本标准。本标准主要技术内容包括:1.总则;2.术语;3.基本规定;4.系统设计;5.监测内容与方法;6.硬件安装实施;7.软件开发实施;8.系统调试;9.系统
3、验收;10.系统管理与维护;11.数据分析与应用。本标准由山东省住房和城乡建设厅负责管理,由山东省建筑科学研究院有限公司负责具体技术内容解释。在执行过程中如有意见和建议,请反馈至山东省建筑科学研究院有限公司(地址:济南市天桥区无影山路 29 号,邮政编码:250031,E-mail:)。主 编 单 位:山东省建筑科学研究院有限公司 青岛市市政公用工程建设发展中心 参 编 单 位:济南市道路和桥隧服务中心 山东高速工程检测有限公司 山东省交通规划设计院集团有限公司 青岛市政空间开发集团有限责任公司 铁正检测科技有限公司 海纳云物联科技有限公司 临沂市市政管理服务中心 菏泽市市政工程管理处 主要起
4、草人员:刘 治 刘 恒 司 磊 连 峰 刘近龙 李君强 辛公锋 付廷波 孙海波 李 强 王 涛 岳增峰 徐传昶 刘国飞 王亚男 徐怀升 胡现虎 陈 斌 韩卫国 于 振 李成栋 李文平 朋兴亚 栾心国 王 硕 王 恒 张家豪 李逢祥 田海飞 冷丰冬 高 猛 孟祥伟 马凤玲 钟士胜 杨 勇 吴成乾 刘利军 张均霞 主要审查人员:王有志 任瑞波 孙 杰 王建光 庞吉莲 王显根 钟 军 荣 杰 尚志强 目 次 1 总 则 1 2 术 语 2 3 基本规定 5 4 系统设计 7 4.1 一般规定 7 4.2 传感器模块 8 4.3 数据釆集与传输模块 9 4.4 数据处理与管理模块 11 4.5 视频监
5、控系统 12 5 监测内容与方法 14 5.1 一般规定 14 5.2 作用与环境监测 15 5.3 结构响应监测 18 5.4 结构变化监测 26 5.5 监测方法 28 5.6 数据采集方法 33 6 硬件安装实施 36 6.1 一般规定 36 6.2 传感器安装 36 6.3 桥架安装 41 6.4 线管安装 42 6.5 线缆敷设 42 6.6 防雷与接地 44 6.7 机柜安装 45 7 软件开发实施 47 7.1 一般规定 47 7.2 设计与开发 47 7.3 软件测试 48 7.4 软件部署 49 8 系统调试 50 8.1 一般规定 50 8.2 单项调试 50 8.3 联合
6、调试 51 8.4 系统验证 52 9 系统验收 53 9.1 一般规定 53 9.2 硬件验收 53 9.3 软件验收 54 9.4 资料验收 55 10 系统管理与维护 56 10.1 一般规定 56 10.2 系统运维管理 56 10.3 系统异常处置 57 11 数据分析与应用 59 11.1 一般规定 59 11.2 数据分析 59 11.3 特征数据样本和智能分析 62 11.4 超限阈值与报警 63 11.5 报警响应措施 70 11.6 状态评估 73 附录 A 传感器主要参数指标 77 附录 B 采集设备性能要求 83 本标准用词说明 85 引用标准名录 86 附:条文说明
7、88 Contents 1 General Provisions 1 2 Terms 2 3 Basic Requirements 5 4 System Design 7 4.1 General Provisions 7 4.2 Sensor Module 8 4.3 Data Collection and Transmission Module 9 4.4 Data Processing and Management module 11 4.5 Video Surveillance System 12 5 Monitoring Content and Method 14 5.1 Genera
8、l Requirements 14 5.2 Function and Environmental Monitoring 15 5.3 Structural Response Monitoring 18 5.4 Monitoring of Structural Changes 26 5.5 Monitoring Method 28 5.6 Data Acquisition Method 33 6 Hardware Implementation 36 6.1 General Requirements 36 6.2 Sensor Iinstallation 36 6.3 Bridge Frame I
9、nstallation 41 6.4 Line Pipe Installation 42 6.5 Cable Laying 42 6.6 Lightning Protection and Grounding 44 6.7 Cabinet Installation 45 7 Software Implementation 47 7.1 General Requirements 47 7.2 Design and Development 47 7.3 Software Test 48 7.4 Software Deployment 49 8 System Debug 50 8.1 General
10、Requirements 50 8.2 Single Debugging 50 8.3 Joint Commissioning 51 8.4 System Validation 52 9 System Acceptance 53 9.1 General Requirements 53 9.2 Hardware Acceptance 53 9.3 Software Acceptance 54 9.4 Data Acceptance 55 10 System Management and Maintenance 56 10.1 General Requirements 56 10.2 System
11、 Operation and Maintenance Management 56 10.3 Abnormal Disposal of the System 57 11 Data Analysis and Application 59 11.1 General Requirements 59 11.2 Data Analytics 59 11.3 Feature Data Samples and Intelligent Analysis 62 11.4 Over-limit Threshold and Alarm 63 11.5 Alarm Response Measures 70 11.6 S
12、tate Assessment 73 Appendix A Main Parameters of the Sensor 77 Appendix B Performance Requirements for the Acquisition Equipment 83 Explanation of Wording in This Standard 85 List of Quoted Standards 86 Addition:Explanation of Provisions 88 1 1 总 则 1.0.1 为规范山东省城市桥梁智慧健康监测制定本标准。1.0.2 本标准适用于山东省城市桥梁的健康监
13、测。1.0.3 城市桥梁健康监测系统设计和构建应遵循“技术先进、稳定可靠、经济实用、智能安全”的原则,且便于维护、升级和扩展。1.0.4 桥梁的健康监测,除应符合本标准的要求外,尚应符合国家和山东省现行有关标准的规定。2 2 术 语 2.0.1 桥梁智慧健康监测系统 intelligent health monitoring system for bridges 利用布设于桥梁现场和监控中心的各类传感器、数据采集与传输、数据处理与管理、数据分析与应用的硬件设备和配套的软件模块,实时获取桥梁服役环境、作用、结构响应与结构变化数据,借助人工智能、大数据技术,实现桥梁结构异常状况自动化报警,以及结构
14、状态和安全智能化评估的系统。2.0.2 人工智能 artificial intelligence 已工程化(即设计并制造)的系统感知环境的能力,以及获取、处理、应用和表示知识的能力,机器学习方法被长期作为实现人工智能的根本途径。2.0.3 机器学习 machine learning 通过学习数据以自动建立分析模型的方法,其分支包括集成学习、迁移学习、强化学习、深度学习等,按使用目的可分为分类、聚类、回归、关联分析等方法,按对标签数据的依赖程度可分为有监督学习、半监督学习、无监督学习等方法。2.0.4 大数据技术 big data technology 用以处理海量多源异构数据的技术,体现在数据
15、采集、存储、处理、分析方法等几个方面。其中,数据存储、处理技术多以云计算、分布式软件或工具等形式呈现;大数据分析方法则包括数据库知识发现、数据挖掘、机器学习、模式识别、统计学等各类数据分析算法。2.0.5 智能化评估 intelligent evaluation 结合人工智能方法、大数据技术及结构计算分析理论,自动、合理、可靠评价桥梁结构安全状态与服役性能的过程。2.0.6 埋入式传感器 embedded sensor 3 预埋于结构内部的传感器。2.0.7 表贴式传感器 surface mounted sensor 附着安装在结构表面的传感器。2.0.8 多源异构数据 multi-sourc
16、e heterogeneous data 来源于不同设备种类、型号、采集环境的不同结构、不同格式的数据。2.0.9 时序数据库 time-series database 时序数据库全称为时间序列数据库,时间序列数据库指主要用于处理带时间标签(按照时间的顺序变化,即时间序列化)的数据,带时间标签的数据也称为时间序列数据。2.0.10 结构响应 structural response 由作用引起的桥梁构件、部件、结构的静力或动力响应。2.0.11 结构变化 structural variation 相对于桥梁结构成桥状态或规定的某一时刻状态,桥梁结构或构件的初始几何形态、表观状态和结构性能发生的相
17、对变化,如不可恢复的变形、沉降、开裂等。2.0.12 系统运维 system operation and maintenance 系统建成后为保障其持续正常运行所需的管理和维护工作,以及利用系统功能完成桥梁结构报警和评估,为应急响应和管养决策提供技术支持的所有活动的总称。2.0.13 统计阈值 statistical threshold 基于统计分析得到的阈值,用于触发数据标记功能。2.0.14 超限阈值 alarming threshold 对桥梁环境、作用、结构响应、结构变化、关键结构构件可能出现的各种级别的异常或风险,各监测点数据特征指标所设定的临界状态警戒值。2.0.15 超限报警 o
18、ver-limit alarming 4 监测数据的特征指标达到或超过超限阈值时,系统自动发出相应级别的警报。2.0.16 特征数据样本 characteristic data sample 一组包含表征桥梁某时刻运营状态的数据组,该数据组包含作用与环境数据以及与其相对应的结构响应数据。2.0.17 桥梁健康状况评估 bridge health assessment 分析监测系统所获取的数据,评估桥梁结构健康状态的过程。2.0.18 结构构件异常状况 abnormal condition of structural member 当前结构构件受力状态和使用功能相较于设计成桥状态或正常使用状态的
19、异常程度。2.0.19 结构整体健康度 bridge structural health level 相较于成桥状态或设计规定的安全和功能要求,当前桥梁结构整体安全和功能所处的相对水平。5 3 基本规定 3.0.1 开展桥梁智慧健康监测的总体要求应符合如下规定:1 符合下列条件的桥梁,应进行健康监测:1)主跨跨径大于 100m 的桥梁及特殊结构的桥梁;2)技术状况等级为 C 级、D 级且需要跟踪观测的在役桥梁;3)设计文件中明确要求应进行结构监测的桥梁;4)经过评定需要进行结构监测的桥梁。2 符合下列条件的桥梁,宜进行健康监测:1)城市快速路上的大跨径桥梁或跨越城市轻轨、铁路和重要交通枢纽节点
20、的桥梁;2)荷载等级提高或经结构加固的重要桥梁;3)采用特殊材料、特殊施工工艺,或具有特殊要求的新建桥梁。3.0.2 新建桥梁的监测系统应与桥梁土建、机电工程同步设计、实施、验收;在役桥梁的监测系统应结合养护管理需求独立设计、实施、验收。3.0.3 桥梁结构监测应贯穿桥梁结构运营期,在正常维护和更换条件下,监测系统硬件、软件的更换与升级应保障监测数据的衔接与分析的连续性。3.0.4 监测系统宜采用先进监测手段、智能化采集和集成设备,鼓励采用北斗卫星导航、5G 移动通信等新技术和新装备。3.0.5 监测系统宜采用云计算、时序数据库技术、人工智能与大数据等新技术开展桥梁智能化监测与评估。3.0.6
21、 监测系统建设不得影响结构承载能力和正常使用功能,对桥梁结构防腐等防护工程造成破坏时应及时修复。3.0.7 建设单位、监理单位应根据项目实施进度,采用随工检查、专家会评审形式组织对系统硬件、软件进行验收。未经验收或验收不合格的系统不得交付使用。6 3.0.8 监测系统运行维护与管理内容包括日常检查、定期维护和异常处置。3.0.9 监测系统应对结构状态异常进行报警,分析监测数据,评估桥梁结构安全性及健康程度。3.0.10 监测数据分析、超限阈值的设置、健康状况评估应由具备相应资质的机构承担。7 4 系统设计 4.1 一般规定 4.1.1 监测系统的设计应安全可靠,包括监测数据的可靠性、分析方法的
22、可靠性和系统软硬件的可靠性。4.1.2 系统设计应基于桥梁结构计算、分析、风险评估和监测应用需求进行,包括下列内容:1 系统功能需求分析,包括桥梁结构特性分析、环境和作用特点分析、既有监测系统状况分析、养护需求对策分析等。2 系统总体方案设计,包括系统各模块的工作流程设计、功能设计及集成设计等。3 监测方案详细设计,包括以下内容:1)监测内容和测点布设方案;2)监测方法、设备选型、设备安装及施工方案;3)系统数据采集、传输、处理与管理方案;4)系统供电、通信、防雷、防护方案;5)监测设备及其附属设施的预埋件和预留孔洞方案;6)数据分析应用及报警管理方案;7)应急响应与决策支持功能设计;8)监测
23、系统运营维护方案,包括系统软件和硬件的维护更换、扩容升级。4 系统与主体结构、供配电、通信、监控中心、沿线附属设施等工程界面的划分与衔接。5 系统建设及运维的概、预算编制。4.1.3 监测内容、测点布设和监测方法的设计应满足本标准第 5 章的规定。8 4.1.4 系统设计应明确桥梁现场供配电和通信接入点的技术要求。4.1.5 硬件设备安装设计方案应避免损伤桥梁主体结构。4.1.6 数据采集设备应与传感器和数据采集与传输软件系统相匹配,满足数据同步采集、实时传输要求。4.1.7 监测系统的硬件应具备适当的保护措施设计与维修替换设计。4.1.8 监测系统应进行网络安全等级保护设计,安全保护等级宜满
24、足现行国家标准 信息安全技术 网络安全等级保护定级指南 GB/T 22240规定的安全保护等级第二级要求。4.2 传感器模块 4.2.1 传感器模块的设计应包括传感器选型及技术要求、传感器布设及安装施工设计。4.2.2 传感器分为埋入式和表贴式两类,其使用年限要求分别如下:1 埋入式传感器及其预埋安装件的正常使用年限应不低于 20 年。2 表贴式传感器及其安装预埋件的正常使用年限应不低于 5 年。4.2.3 传感器选型与安装施工设计应符合下列规定:1 传感器选型应与监测内容、测点布设、监测方法和软件系统相适配;2 传感器选型应满足监测量程、精度、分辨力、灵敏度、动态频响特性、长期稳定性、耐久性
25、、环境适应性要求;3 传感器安装施工设计应考虑防雷、防静电、防尘、防水等防护措施;4 常用传感器的选型与安装应符合本标准第 5、6 章相关内容的要求。4.2.4 传感器在安装前应进行校准或标定。9 4.3 数据釆集与传输模块 4.3.1 数据采集与传输模块的设计应包括信号调理方案设计、数据釆样方案设计、数据釆集设备选型与接口匹配性设计、数据传输网络与路由设计以及配套软件功能设计。4.3.2 数据采集、集成等硬件应根据传感器输出信号类型、范围、兼容性、精度和分辨力等要求进行设备选型,并与采集与传输软件功能相适配,满足数据同步采集、实时传输要求。4.3.3 数据采集与传输软件宜前置安装运行在桥梁现
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