庫莫橋——被稱為“有大腦的橋”,位于紐約,主體結構采用了許多世界先進技術和系統,包括結構健康監測(SHM)、流量管理、智能照明、全電動化收費(AETC)、BIM、資產管理等技術,是美國現役橋梁中最智能的一座。
這座長達3.1公里、橫跨哈德遜河的大橋位于紐約城北部,由兩條平行分開的橋面組成,總車道里程30英里,共設置8條車道,包括通用車道、公交專用車道和行人/騎行者共享車道。庫莫橋是2020年夏天才建成運營的,主管部門是紐約州公路局(New York State Thruway Authority)。
系統通常不是我們贊美一座橋時最先想到的,但卻對橋梁的安全和高效運營有著至關重要的作用。有的系統向公眾開放,比如流量管理、照明系統、收費系統等。而有些系統,如安保系統、結構健康監控等管理系統是藏在幕后的。BIM系統則是用于橋梁的設計、建造、運營和資產管理。
如今的基礎設施不僅需要堅固,還要具備應對不同情況的韌性,并能在出現問題時向管理者發出預警。庫莫橋在設計時預計的服役時間為100年,其所使用的各種先進技術系統將幫助主管部門做出更好的橋梁運營和維護決策。
實時決策支持
庫莫橋搭載了美國最大、綜合性最強的結構健康監測系統,超過300個傳感器全天候測量鋼索和變形縫的溫度、受力和老化情況,以及水泥和橋面的受腐蝕狀態,使維護管理人員能夠獲悉橋梁狀態的實時信息。
結構健康監測系統智能度較高,能在地震、過船等對橋體有影響的事件發生前向運營者發送郵件預警。運營者通過比較和分析由遍布全橋的傳感器傳來的數據,可以知道橋體的不同部位在各類觸發事件中是如何“做出反應”的。所有傳感器能夠做到毫秒級同步傳送數據。此外,該系統還能比對逐年數據,從而改進維護方案。
適應性&安全升級
庫莫橋的智能交通系統配合結構健康監測系統收集溫度、風速等數據,為流量管理決策提供支持。系統內置數百項算法,運營者可基于此改變通車模式和限速,電子指示牌將顯示交管變化信號,引導機動車快速通過。比如當橋梁上發生事故時,車輛可通過電子指示牌提前知曉并變道,減少最后一刻變道的情況,從而避免發生連鎖事故。在冬季,系統能實時監測橋面狀態,使修復和除雪工作能更有效率。
面向未來
基礎設施技術的進步飛快,因此,任何一個應用在庫莫橋上、壽命與橋梁的設計壽命一樣長的系統,都應該能在無須新增基礎設施或耗費高昂成本的前提下被升級或拓展。庫莫橋在設計時就考慮到了網聯車技術的未來發展,包括對有關的新增硬件、電力系統、寬帶要求等都做了充分準備。
對大橋運營效率和監管的重視也體現在道路照明系統上。橋上所有照明燈都是節能的LED燈,比大部分美國現有橋梁的照明系統都更先進,每個照明燈能比傳統的高壓鈉燈或汞蒸氣燈節省100-150瓦電。每個照明支架頂端安裝了無線中繼節點,這樣一來所有照明燈就能與相鄰的燈“交流”,向運營控制臺遠程發送實時信號,信號內容一般是照明燈狀態、燈光調暗時間設置、維護需求、預估壽命等,以幫助運營者做好運維安排和能源利用計劃。
庫莫橋擁有這么多傳感器、設施、系統、控制器,一個全面的數字化資產管理系統就顯得尤為重要,它需要儲存運營信息、維護記錄、竣工圖紙及其他能夠輔助未來維護工作的信息,因此需要用到BIM技術。
智能化、主動的維護延長資產壽命
運營和維護庫莫橋這樣一個大型基礎設施是一項艱巨的任務,單是掌握“河上有什么”這一條信息就已經頗具難度。過去,橋梁維護以出現問題——解決問題的模式為主。而庫莫橋運用結構健康監測系統、智能交通系統、BIM系統使運營者能夠做出智慧和主動的維護行為。BIM將數據轉化為信息,從一根鋼筋到一個照明燈,從建造計劃到竣工圖紙、檢修手冊、維護報告,以及設施狀態的實時信息,應有盡有。如果發現某個構件的狀態與預期有差距,那么就可以通過調取這些信息了解原因,并提前調整維護行動和預算,預防事故的發生。預期有100年服役壽命的庫莫橋或許能存在更久。