主要场景与设计对策分析

在第十四届（2025）智能交通市场年会公路数字化转型技术与创新应用论坛中，华设设计集团股份有限公司副总工张维苏作了《公路特大型桥梁通行监测主要场景与对策分析》主题报告。

张维苏介绍华设集团通过车道级感知、数字孪生、主动防撞、机器人应用等十大场景技术创新，有效提升了桥梁监测预警与安全管理能力。未来还将依托大模型融合与机电设备智能监测，进一步增强桥梁韧性，为交通基础设施高质量发展注入科技动能。

在当前发展形势下，国家对新质生产力发展以及行业和部门在交通领域新型基础设施建设提出了较高要求。行业针对交通基础设施韧性提升，在公路特大型桥梁、隧道等重点设施，开展在线实时监测与预警，关注其技术状况以保障安全。这不仅体现了行业对基础设施安全本质的要求，也对智能化、信息化技术手段在道路交通在线监测领域提出了更高标准。

就公路特大型桥梁而言，以江苏为例，长江将其分为苏南和苏北，过江问题曾长期阻碍公路网发展。经过几十年建设，目前已建成十几座包括桥梁和隧道的过江通道。这些桥梁不仅承担着通道功能，还肩负着两岸城市间的交通连接作用，涵盖区域交通与城市交通，车流量巨大。

特大型桥梁在通行方面存在诸多特点与风险点。

其一，由于桥梁结构的特殊性，如长跨度、高空、通道唯一等，一旦发生交通事故，桥梁上形成拥堵，交通分流困难。若发生火灾或其他应急事件，人员疏散也是一大难题，使得应急救援工作难度大。

其二，特大型跨江大桥地处水域环境，春秋季多雾发生，行车视线受一定程度影响。靠近沿海一带桥梁地处台风影响范围，台风季节会受到大风、暴雨等恶劣气候影响，行车安全需要重点考虑。

其三，大桥受跨度限制，可能在水中设墩，在航道和桥梁设置有助航标志，通常情况船舶在既定的航道内通行是安全的，也存在船舶失去动力出现淌航、偏航情况，水中设墩的桥梁存在一定船舶碰撞的风险。一些船舶船体较高，空载情况下桅杆可能触及桥梁梁体底部，虽然对航道行驶船舶有限高要求，但也出现过长江流域船舶碰触桥梁梁底的情况。 

其四，重点营运车辆，特别是危化品运输车辆在重点路段发生事故后果严重，在跨流域桥梁路段，不仅对交通造成严重影响，也可能发生危险品的泄漏，导致流域污染，带来生态环境的影响。易燃物品事故车辆可能导致火情，燃烧产生的高温对桥梁结构带来极大危害，桥梁运行特别关注重点营运车辆通行。

其五，特大型桥梁的结构复杂，包括主桥、引桥、桥墩等多个部分，为了实现对桥梁通行态势的全面监测和精准管理，需要在桥梁上密集部署各种感知设备。在日常养护上，除了主体工程的塔、索、梁受力构件需要经常检修维护，机电设备也需要定期巡检维护，巡检科学化亟待研究，在工作流程上检修人员和社会人员的监控也需要区分对待。

基于对这些特点的分析，形成了特大型桥梁监测、感知与处置的针对性场景。

在特大型桥梁监测工作中，以下几个场景具有重要意义：

一是交通参数采集。为了保证道路交通的安全和畅通，桥梁段一般禁止变道和超车，车道分隔线一般都是实线。监测技术需要更加密切配合标志标线的设置，紧密监测桥梁上的不规范驾驶行为。针对超大流量场景，养护、应急等特殊情况下需要开放硬路肩通行，桥梁管理者实施车道级管控策略。营运管理需要交通参数的实时监测由传统的断面监测提升至车道级监测，同时数据精度在恶劣气候低能见度条件下也要能满足要求。

因此，技术方案应在不同区间合理布设交通流量监测设备（如摄像机、毫米波雷达等）实时监测区段道路车道级交通流量、车速、车辆类型等信息采集，并对这些数据的变化进行历史统计分析与实时分析。

不过，部分桥梁已开始探索将一些路段车道分隔线由实线改为虚线。例如，考虑到桥梁坡度较大，重型车辆爬坡时速度缓慢，后车跟驰等待不及易超车，从而增加事故风险。将部分车道实线改为虚线，允许在上坡等部分路段超车，可提高通行效率。在此情况下，实现车道级监视以及交通参数采集尤为关键。

二是感知数据可视化呈现。部分场景后续可实现孪生效果。随着视频技术与雷达技术感知的精度不断提升，逐渐接近观察者所需精度要求，感知数据可视化已从原来的平面展示向三维立体可视化转变。将物理空间中感知的动态数据映射到虚拟空间，并在模型上展示，能为管理者，尤其是应急救援管理者提供更强的空间感。

以十四五期间正在建设的常泰大桥为例，其为双层结构，分上层和下层。在处理事故或救援时，明确事件发生在上层还是下层，对规划救援路径，空间可视化呈现变得愈发重要，因此将其作为一个重要场景进行分析。

三是大流量交通环境下的事件监测场景。江苏的许多桥梁兼具通道与两岸城市交通连接功能，节假日期间流量巨大。我们更需要通过预测，预测未来短时的交通状况。在这种大流量环境下，借助数字孪生与仿真技术，对未来一段时间的交通态势进行预测尤为重要，可以将物资提前部署到所需位置，更快应对事件。

四是桥域环境监测。桥域环境监测主要针对应对自然气候的变化。低能见度情况，雾天采用路侧诱导灯，增强路缘轮廓显示。也在探索采用车道级雾天诱导系统，通过检测车辆位置，利用灯的颜色变化预警后车，这是从断面级诱导向车道级诱导的技术升级。

在路面结冰处置方面，有探索两种方式：一种是电加热，即在路面铺设类似电热毯的装置，功耗较高。另一种是喷洒融雪剂，通过设置一定压力管道喷洒融雪剂。

此外，桥面横风是影响行车安全的重要因素之一，尤其在空旷、风速较大的桥梁上更为显著。其危害表现在造成车辆偏移：横风具有突然性、时间短、风力强等特点，当车辆高速行驶时，突然袭来的横风会使车辆受到侧向力，导致行车方向偏移，甚至失控。横风还会增大车辆的空气阻力，使车辆的抓地力下降，特别是在轻型车辆和重心较高的车辆上更为明显，增加了行车的不稳定性。

值得注意的是，特大型桥梁一般会设置桥梁健康监测系统，对结构物的环境风速风向进行监测，桥面横风的检测需设置在近桥面，这些数据需要与运营管理系统联通。横风桶是直观的横风指示，驾乘者通过横风桶的状态，能够直观感受风向和风力大小。许多桥梁在桥塔区域设置了风障，以消除涡流影响，使驾驶员在通过桥塔路段时行驶更稳定。

五是特殊气象协同补偿。在特大型桥梁监测工作中，主动气象补偿也是重要内容。不仅要在恶劣气候下进行预警诱导，还需对改善气候展开研究，目前主要针对除雾开展相关工作。技术手段主要有：喷洒冷凝剂使空气快速冷却，水汽凝结成水珠受重力落下；使用除雾剂，与空气中悬浮水雾快速结合、落下，提高能见度。当前研究采用无人机挂载除雾剂，在一定路面高度飞行喷洒。这些技术处于研究和试点阶段。

六是重点营运车辆监测与管控场景。危险品车辆不按照规定路线行驶的行为频发，在特大型桥梁段曾发生类似事故，作为关键交通节点，公路特大桥应考虑部署专门的重点营运车辆监测系统，通过多源数据（如激光雷达、数据边缘设备等）融合实现多维度的危险因素感知，提升大桥安全感知和监测能力。管理系统可以与部省主管部门平台对接，获取重点营运车辆卫星定位数据与路径数据，实现对运行中的车辆的监控。

营运车辆尤其是 “两客一危” 车辆的在线监管十分关键。在桥梁路段，若危险化学品车辆发生泄漏或事故，有毒、有害、易燃物质流淌到桥面，不仅存在火灾风险，还会污染环境。特大型桥梁设置有桥面径流收集系统，将雨水收集处理后排放。

七是大桥安防监测。桥梁结构内部如桥塔、钢箱梁等区域，存在人员可到达通道，此前管理公司与公安部门担心恐怖嫌疑人员或不法分子进入。如今通过安防技术与远程遥控技术，对桥塔门洞等进行监视。一些公司采用远程授权电子锁，开启前需先报备计划，人员到达现场后，通过门前摄像头确认身份，再远程开锁方可进入桥塔内部或结构体。离开作业面时，也可通过该方式报备，此类安防措施应用较为广泛。

八是船舶主动防撞监测预警。对于水中设墩的桥梁，主动防撞备受关注。曾出现船舶空载时桅杆过高，行驶中拉伤桥梁梁底的情况。以往桥梁建设时，在水中墩外侧设置了缓冲防撞结构，但如今更注重主动防撞。即提前在更远距离（如 3公里外）发现船舶危险行为，例如船舶躺航（关闭动力顺水流漂移，仅靠舵控制方向，驾驶人员一旦分神，发现即将碰撞桥梁时难以改变航向）。

我们为此开展相关课题研究，通过应用X波段雷达与激光扫描技术，在 3 公里外发现桅杆等细小目标并检测其高度，近距离后再结合激光雷达与视频识别技术，监测船舶行为和高度，并与海事部门联动。

九是手机信息发布。为提升服务能力，将道路信息通过多种途径传递给用户。我们研究探索通过图文媒体、5G短消息形式，与运营商合作形成产品原型。用户与运营商签订协议后，在手机息屏状态下也能弹出交通气象、事件等信息，为驾驶员提供伴随式信息输出服务。

十是机器人应用场景。在建常泰公路大桥设计方案针对下层桥面普通公路救援困难的场景，研发了一种复用现有桥梁检修车工字形轨道的驱动结构及充电系统，开发了桥梁应急机器人和机器人集控平台，机器人可以根据任务需求与人进行合作，共同辅助完成复杂的应急任务，如引导交通、辅助救援等，从而在最短时间内恢复大桥的畅通。

在特大型桥梁监测领域，有以下两方面的展望值得探讨。

一方面是基于大模型的环境感知。当前，监测手段丰富多样，如视频、雷达等主动感知技术。除了这些主动感知方式外，车辆的速度、加速度等数据也可作为信息来源，与传统交通参数一同构建模型。通过大模型技术将小模型融合，可增强对环境的感知能力。综合路域环境、交通状况、结构技术状况，从而提升对桥梁运行风险的评估能力，进一步增强桥梁的韧性。

另一方面从机电角度来看，目前所有具备 IT 连接的设备，其技术状况，如电流、电压等信息，无论通过网络还是串口等何种通信接入方式，只要有 IP 定位都能获取。然而，当前仍存在许多非 IP 化的设备。对此，我们已尝试采用大数据方式，通过测量非 IP 化设备及子系统回路的电流、电压，并统计相关参数，以电流电压及电力参数的变化来反映设备技术状况的变化。下一阶段，计划进一步探索研究，将该监测的精度提升到更高水平。