2023年3月30日、31日，云廬科技與萬集科技共同打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”成功亮相“第二十五屆中國高速公路信息化大會”，引發(fā)多方關注。

“中國高速公路信息化大會”是中國高速公路行業(yè)每年一度的盛會。今年展會上，大咖云集，華為、騰訊、阿里、百度等互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)巨頭，紛紛攜各自在智慧公路、智慧隧道、橋梁監(jiān)測等方面的特色產(chǎn)品出席展會，競相展示產(chǎn)品優(yōu)越性能。國產(chǎn)CAE頭部廠商、先進的數(shù)字孿生技術與解決方案提供商云廬科技與國內(nèi)交通智能化頭部企業(yè)萬集科技受邀參展，展示了企業(yè)聯(lián)手打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”。因具備突出的先進性與實用性，系統(tǒng)自眾多參展的智慧型橋梁監(jiān)測系統(tǒng)中脫穎而出，吸引了無數(shù)到場觀眾的眼球，成為了此次8號主場館中的觀看焦點。

 在“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”的展示大屏前，人頭攢動，賓客如云，聚集了多家高速公路業(yè)主單位和管養(yǎng)單位的領導駐足觀看。云廬科技與萬集科技的工作人員詳細地講解了系統(tǒng)針對當前市場痛點、難點需求開發(fā)的功能應用。觀展人員全神貫注地聆聽，并表達出對系統(tǒng)的濃厚興趣和強烈的合作意愿。

“這套系統(tǒng)正是我們目前迫切需要的，有了這套系統(tǒng)我們采集的數(shù)據(jù)終于不再是‘孤島’，可以作為生產(chǎn)資料有效利用起來了！”——來自華中地區(qū)某高速公路管養(yǎng)公司的副總工說到。 “過去我們往往基于單點數(shù)據(jù)判斷橋梁運行狀況，對于未安裝傳感器的橋梁部位，我們很難識別到他們健康與否，更別提了解到橋梁整體的健康狀態(tài)了。”實際上，這不僅僅是單家高速公路管養(yǎng)公司開展橋梁監(jiān)測工作面臨的問題，更是長期困擾著整個行業(yè)的痛點、難點。

這位副總工還談到，其所在公司管轄的高速公路橋梁數(shù)量龐大。在這些橋梁中，部分橋梁已服役20年左右，存在許多潛在的安全隱患，雖然管養(yǎng)人員每天都能通過橋上安裝的硬件傳感器了解到單點監(jiān)測數(shù)據(jù)，但卻根本無從知曉橋梁整體的實際性能狀況。隨著時間流逝，橋梁在加速退化，病害在加速演變，而單點監(jiān)測的數(shù)據(jù)并不能體現(xiàn)出橋梁整體結構性能。為了解決管理者的困擾，云廬科技與萬集科技共同研發(fā)了“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”，針對橋梁結構復雜的受力體系，通過構建橋梁的機理模型實現(xiàn)橋梁場景的數(shù)字孿生。數(shù)孿模型運用CAE在線仿真分析內(nèi)核，結合IoT設備所獲取橋梁環(huán)境、作用、結構響應和結構變化等監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時計算分析橋梁結構的整體受力及變形情況，實現(xiàn)對橋梁結構整體健康度評估，從而解決管養(yǎng)方監(jiān)測數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)價值和有效利用的問題。

 “我們對于橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的要求很高，希望能夠做到省級獨家，條件你們開！”——西南地區(qū)某管養(yǎng)企業(yè)總經(jīng)理這樣說到。“西南地區(qū)自然災害多、地震多，想要實時了解所有橋梁結構的受力狀態(tài)實在太困難了。市面上的監(jiān)測大都是看單點、看皮毛，你們能做到看整體、看筋骨，這太有用了！”如這位總經(jīng)理所言，中國有些省份位于地殼運動活躍地帶，山多、橋多、自然災害多，地震等自然災害對橋梁性能所帶來的影響是管養(yǎng)單位關注的重點。傳統(tǒng)的監(jiān)測手段難以滿足管理者實時查看橋梁整體性能狀態(tài)的管理訴求，因此這也成了橋梁日常管養(yǎng)的視覺盲區(qū)。云廬科技與萬集科技聯(lián)手打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”可以實現(xiàn)橋梁結構運行狀況的實時分析和展示，從根本上消除管理者對自然災害頻繁地區(qū)，大規(guī)模交通基礎設施物理性能狀態(tài)的監(jiān)管盲區(qū)。

“這個解決方案能一體化的兼顧多個方面，實用性強，期待系統(tǒng)可以盡快安裝，幫我們解決目前的實際問題。”——華北某市市政管理單位領導說到。“我們那邊是環(huán)城高速，靠近港口，公路出入口多，貨車超載嚴重，橋面都壓成波浪線了，環(huán)城的幾個橋梁都是這個狀況。我們正在召集各部門，做個一體化方案，你們的方案與我們的需求十分契合，希望能夠幫助我們解決這一攬子問題。”

超載是導致橋梁壽命減少的主要因素，云廬科技與萬集科技聯(lián)手打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”結合窄條動態(tài)稱重、激光雷達、攝像抓拍、橋梁結構安全監(jiān)測等設備，利用動態(tài)稱重、數(shù)字孿生、高準確度事件檢測、基于車輛軌跡跟蹤的橋面動態(tài)荷載分布、IoT、AI和CAE在線實時仿真分析系統(tǒng)，實現(xiàn)了橋梁運行狀態(tài)一張圖監(jiān)測、主動安全預警與應急處置聯(lián)動和橋梁結構整體工作性能評估等多重功能。一體化地解決了橋梁交通情況監(jiān)測、結構安全監(jiān)測及評估等橋梁安全場景的多重問題。

上述三種實際需求和應用場景具有典型性，云廬科技與萬集科技合力打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)” ，解決了目前市場上基于視覺、BIM等技術所開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)解決不了的問題，這主要歸功于系統(tǒng)領先的，基于CAE+AI的數(shù)字孿生技術。

 
與停留在描述層面的，基于BIM的數(shù)字孿生技術不同，基于CAE+AI的數(shù)字孿生技術通過構建橋梁的機理模型，對橋梁結構進行單元剖分、施加荷載和邊界條件；通過有限單元法等對模型進行求解，確定結構的響應和變化，揭示橋梁結構內(nèi)在的變化規(guī)律，實現(xiàn)更全面的監(jiān)測。

 橋梁監(jiān)測的重點在于及時獲悉或是預測出橋梁可能發(fā)生的風險，及早應對，避免安全事故的發(fā)生。想要及時、超前感知橋梁風險，就需要對橋梁結構損傷有深層次地了解和知識積累。真實情況下，大量橋梁結構的損傷樣本是極難獲取的。雖然在運營過程中，可通過檢測手段獲取橋梁部分損傷情況，但橋梁檢測的次數(shù)是有限的，而這些樣本對于用作AI訓練是遠遠不夠的。CAE仿真技術可以通過修改橋梁結構不同構件的力學性能（比如剛度、截面等）來模擬橋梁的各種劣化情況，并通過加載各種載荷模擬橋梁結構在各種工況下的力學響應，這樣就可以通過大量的有限元仿真來模擬橋梁結構的各種損傷情況，從而獲得大量的損傷樣本。之后，將這些損傷樣本提供給AI進行機器學習訓練，就能得到橋梁損傷的智能識別模型，在接入IoT采集而來的真實數(shù)據(jù)后，該智能識別模型還會不斷進行動態(tài)調整，實現(xiàn)對橋梁風險地實時診斷與預測預警。萬集科技與云廬科技將不斷探索這一技術路徑的更好應用方式，希望通過逐漸累積的多個橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)，在未來能夠形成針對橋梁領域的GPT，以CAE提供的橋梁劣化樣本數(shù)據(jù)為驅動，結合橋梁專家的經(jīng)驗知識進行GPT訓練，實現(xiàn)快速評判橋梁健康狀況，并結合橋梁狀態(tài)給出具體養(yǎng)護指導意見。

當前，隨著5G、IoT、AI、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術的不斷發(fā)展與突破，多個領域都在大力推進智慧化建設，交通領域也不例外。作為國家“強國戰(zhàn)略”的重要組成部分，交通部運輸部也出臺相關政策措施，為交通強國建設指明發(fā)展路徑。2021年1月，交通運輸部發(fā)布《關于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》，在工作目標中提出了：“到2025年……跨江跨海跨峽谷等特殊橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)全面建立……。到2035年……公路橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)全面建立，安全風險防控體系基本完善，創(chuàng)新發(fā)展水平明顯提高，標準化、智能化水平全面提升……”等具體目標要求。

在實現(xiàn)方法上，在“著力提升創(chuàng)新發(fā)展能力”中也指出：“……將橋梁例行檢查、專項檢查與實時監(jiān)測相結合，開展橋梁服役狀態(tài)監(jiān)測分析，開展橋梁設計、施工、檢測、監(jiān)測等領域關鍵核心技術和裝備攻關。加強橋梁結構狀況評估、預防性養(yǎng)護、維修加固方法和技術研究，開展橋梁承載能力快速、智能評估技術研究。”

云廬科技攜手萬集科技踐行交通運輸部的指導精神，立足于技術創(chuàng)新與突破，強強聯(lián)手打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測系統(tǒng)”，著眼于解決交通運輸部發(fā)布文件中指出但缺乏有效手段的技術性難題。用實際行動幫助各地方行業(yè)主管政府部門、業(yè)主單位和管養(yǎng)單位，以國際領先的數(shù)字化、智能化技術有效提高橋梁管養(yǎng)效率和管養(yǎng)精度，助力行業(yè)技術升級，為早日達成提升公路橋梁安全耐久水平的總體目標貢獻自己的一份力量。