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(cè)系統(tǒng)”成功亮相“第二十五屆中國高速公路信息化大會(huì)”，引發(fā)多方關(guān)注。

“中國高速公路信息化大會(huì)”是中國高速公路行業(yè)每年一度的盛會(huì)。今年展會(huì)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(cè)等方面的特色產(chǎn)品出席展會(huì)，競(jìng)相展示產(chǎn)品優(yōu)越性能。國產(chǎn)CAE頭部廠商、先進(jìn)的數(shù)字孿生技術(shù)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(cè)系統(tǒng)”。因具備突出的先進(jìn)性與實(shí)用性，系統(tǒng)自眾多參展的智慧型橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中脫穎而出，吸引了無數(shù)到場(chǎng)觀眾的眼球，成為了此次8號(hào)主場(chǎng)館中的觀看焦點(diǎn)。

在“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”的展示大屏前，人頭攢動(dòng)，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(lǐng)導(dǎo)駐足觀看。云廬科技與萬集科技的工作人員詳細(xì)地講解了系統(tǒng)針對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)痛點(diǎn)、難點(diǎn)需求開發(fā)的功能應(yīng)用。觀展人員全神貫注地聆聽，并表達(dá)出對(duì)系統(tǒng)的濃厚興趣和強(qiáng)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(diǎn)數(shù)據(jù)判斷橋梁運(yùn)行狀況，對(duì)于未安裝傳感器的橋梁部位，我們很難識(shí)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(shí)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(cè)工作面臨的問題，更是長期困擾著整個(gè)行業(yè)的痛點(diǎn)、難點(diǎn)。

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(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，但卻根本無從知曉橋梁整體的實(shí)際性能狀況。隨著時(shí)間流逝，橋梁在加速退化，病害在加速演變，而單點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)并不能體現(xiàn)出橋梁整體結(jié)構(gòu)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(cè)系統(tǒng)”，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜的受力體系，通過構(gòu)建橋梁的機(jī)理模型實(shí)現(xiàn)橋梁場(chǎng)景的數(shù)字孿生。數(shù)孿模型運(yùn)用CAE在線仿真分析內(nèi)核，結(jié)合IoT設(shè)備所獲取橋梁環(huán)境、作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)變化等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算分析橋梁結(jié)構(gòu)的整體受力及變形情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體健康度評(píng)估，從而解決管養(yǎng)方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)價(jià)值和有效利用的問題。

“我們對(duì)于橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求很高，希望能夠做到省級(jí)獨(dú)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(zāi)害多、地震多，想要實(shí)時(shí)了解所有橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)實(shí)在太困難了。市面上的監(jiān)測(cè)大都是看單點(diǎn)、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(yùn)動(dòng)活躍地帶，山多、橋多、自然災(zāi)害多，地震等自然災(zāi)害對(duì)橋梁性能所帶來的影響是管養(yǎng)單位關(guān)注的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)手段難以滿足管理者實(shí)時(shí)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(cè)系統(tǒng)”可以實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)分析和展示，從根本上消除管理者對(duì)自然災(zāi)害頻繁地區(qū)，大規(guī)模交通基礎(chǔ)設(shè)施物理性能狀態(tài)的監(jiān)管盲區(qū)。

“這個(gè)解決方案能一體化的兼顧多個(gè)方面，實(shí)用性強(qiáng)，期待系統(tǒng)可以盡快安裝，幫我們解決目前的實(shí)際問題。”——華北某市市政管理單位領(lǐng)導(dǎo)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(yán)重，橋面都?jí)撼刹ɡ司€了，環(huán)城的幾個(gè)橋梁都是這個(gè)狀況。我們正在召集各部門，做個(gè)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(dǎo)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(cè)系統(tǒng)”結(jié)合窄條動(dòng)態(tài)稱重、激光雷達(dá)、攝像抓拍、橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)等設(shè)備，利用動(dòng)態(tài)稱重、數(shù)字孿生、高準(zhǔn)確度事件檢測(cè)、基于車輛軌跡跟蹤的橋面動(dòng)態(tài)荷載分布、IoT、AI和CAE在線實(shí)時(shí)仿真分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了橋梁運(yùn)行狀態(tài)一張圖監(jiān)測(cè)、主動(dòng)安全預(yù)警與應(yīng)急處置聯(lián)動(dòng)和橋梁結(jié)構(gòu)整體工作性能評(píng)估等多重功能。一體化地解決了橋梁交通情況監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及評(píng)估等橋梁安全場(chǎng)景的多重問題。

上述三種實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)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(cè)系統(tǒng)” ，解決了目前市場(chǎng)上基于視覺、BIM等技術(shù)所開發(fā)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決不了的問題，這主要?dú)w功于系統(tǒng)領(lǐng)先的，基于CAE+AI的數(shù)字孿生技術(shù)。

與停留在描述層面的，基于BIM的數(shù)字孿生技術(shù)不同，基于CAE+AI的數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建橋梁的機(jī)理模型，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元剖分、施加荷載和邊界條件；通過有限單元法等對(duì)模型進(jìn)行求解，確定結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和變化，揭示橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)在的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)更全面的監(jiān)測(cè)。

橋梁監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)在于及時(shí)獲悉或是預(yù)測(cè)出橋梁可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，及早應(yīng)對(duì)，避免安全事故的發(fā)生。想要及時(shí)、超前感知橋梁風(fēng)險(xiǎn)，就需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)損傷有深層次地了解和知識(shí)積累。真實(shí)情況下，大量橋梁結(jié)構(gòu)的損傷樣本是極難獲取的。雖然在運(yùn)營過程中，可通過檢測(cè)手段獲取橋梁部分損傷情況，但橋梁檢測(cè)的次數(shù)是有限的，而這些樣本對(duì)于用作AI訓(xùn)練是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。CAE仿真技術(shù)可以通過修改橋梁結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件的力學(xué)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(jié)構(gòu)在各種工況下的力學(xué)響應(yīng)，這樣就可以通過大量的有限元仿真來模擬橋梁結(jié)構(gòu)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(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練，就能得到橋梁損傷的智能識(shí)別模型，在接入IoT采集而來的真實(shí)數(shù)據(jù)后，該智能識(shí)別模型還會(huì)不斷進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁風(fēng)險(xiǎn)地實(shí)時(shí)診斷與預(yù)測(cè)預(yù)警。萬集科技與云廬科技將不斷探索這一技術(shù)路徑的更好應(yīng)用方式，希望通過逐漸累積的多個(gè)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在未來能夠形成針對(duì)橋梁領(lǐng)域的GPT，以CAE提供的橋梁劣化樣本數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，結(jié)合橋梁專家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行GPT訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)快速評(píng)判橋梁健康狀況，并結(jié)合橋梁狀態(tài)給出具體養(yǎng)護(hù)指導(dǎo)意見。

當(dāng)前，隨著5G、IoT、AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展與突破，多個(gè)領(lǐng)域都在大力推進(jìn)智慧化建設(shè)，交通領(lǐng)域也不例外。作為國家“強(qiáng)國戰(zhàn)略”的重要組成部分，交通部運(yùn)輸部也出臺(tái)相關(guān)政策措施，為交通強(qiáng)國建設(shè)指明發(fā)展路徑。2021年1月，交通運(yùn)輸部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》，在工作目標(biāo)中提出了：“到2025年……跨江跨海跨峽谷等特殊橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面建立……。到2035年……公路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)全面建立，安全風(fēng)險(xiǎn)防控體系基本完善，創(chuàng)新發(fā)展水平明顯提高，標(biāo)準(zhǔn)化、智能化水平全面提升……”等具體目標(biāo)要求。

在實(shí)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(xiàng)檢查與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，開展橋梁服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析，開展橋梁設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)、監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備攻關(guān)。加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估、預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、維修加固方法和技術(shù)研究，開展橋梁承載能力快速、智能評(píng)估技術(shù)研究。”

云廬科技攜手萬集科技踐行交通運(yùn)輸部的指導(dǎo)精神，立足于技術(shù)創(chuàng)新與突破，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手打造的“基于CAE+AI的橋梁數(shù)字孿生仿真監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，著眼于解決交通運(yùn)輸部發(fā)布文件中指出但缺乏有效手段的技術(shù)性難題。用實(shí)際行動(dòng)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(lǐng)先的數(shù)字化、智能化技術(shù)有效提高橋梁管養(yǎng)效率和管養(yǎng)精度，助力行業(yè)技術(shù)升級(jí)，為早日達(dá)成提升公路橋梁安全耐久水平的總體目標(biāo)貢獻(xiàn)自己的一份力量。