南浦大桥位于上海黄浦江之上，这座现代化的桥梁建成于1991年11月19日，是上海市区第一座跨越黄浦江的大桥，也是我国第二座自行设计、建造的双塔双索面、叠合梁斜拉桥。
南浦大桥全长10288米,由主桥及浦东浦西引桥组成。主桥为双塔双索面叠合梁斜拉桥结构，全长846米。主孔跨径423米。桥塔为折线H形钢筋混凝土结构，塔高154米，上横梁“南浦大桥”四个红色大字为邓小平同志题写。每座桥塔两侧各有22对钢拉索联结主梁，索面成扇形布置，全桥共有180根斜拉索。设计荷载为：汽-超20；验算荷载为：挂-120及特-300，按7度抗震烈度设防；设计日通行能力为5万辆，通行限高为4.8米，通航净空为48米，可通行5万吨级船舶。大桥的设计寿命为100年。
为了有效地促进南浦大桥日常维修养护的提高，降低成本，减轻工人的操作强度，提高工人的操作水平，养护单位大力推广新技术、新工艺、新材料、新设备，确保大桥的日常维修养护质量。
新装备带来养护便利
a 斜拉索检测仪对大桥斜拉索进行索力探测
b 路面监测仪对大桥路面进行摩擦系数测量
图1 快速无损检测设备
近几年，随着市政设施养护科技的不断创新，南浦大桥技术人员与时俱进，不断发掘新技术、新材料、新工艺、新设备，并大量用于日常设施维修养护。在对大桥测量与大桥构件和结构的巡视过程中，运用了大量的快速无损检测设备。
南浦大桥浦西引桥段是螺旋式上升形态，渣土车过弯时，容易发生“跑、冒、滴、漏”现象，而存留在地上的这些“残留物”，如果没有及时处理，极易造成交通事故。南浦大桥作为上海城市快速路内环线的重要过江枢纽，及时清理这些“残留物”，保证大桥的安全通行，是南浦大桥项目部日常工作之一。
图2 新引进的回收泥浆清洗车
过去，采用的是白天机动养护，晚上定点养护的方式，依靠人工冲洗和铲除处理桥面的“残留物”，不但作业存在安全风险，而且效率极其低下。如今，从国外引进了一台边冲洗边回收泥浆的清洗车。采用这样的清洗车，不仅大大提高了清理桥面土方垃圾的效率，另外，机械化的作业方式，有效规避了人工清扫的安全风险，及时清理了各类残留物，确保大桥行车安全。同时还节约了人工成本，一台清洗车进行一次吸扫作业，相当于直接节省了6倍以上的人工。
图3 防撞缓冲车
为更好地体现“以人为本、善待生命”的理念，在执行《大桥通道养护维修作业控制区管理规定》《公路养护安全作业规程》（JTG H30-2004）、《城市道路养护安全作业规程》规范基础上，保障养护维修作业人员和通行车辆的安全，项目部早在2013年就配置了一体化防撞缓冲车，目的在于保护作业人员安全的同时，最大限度地减少社会车辆撞击封道车后，所造成的司乘人员伤亡和财产损失。
该车采用美国进口防撞缓冲装置，装置内部使用合金蜂窝板，耐压性强，缓冲功能大大提高。碰撞发生瞬间，合金蜂窝板即刻变形，有效吸收碰撞能量，最大限度地降低了肇事车辆内的人员伤亡，也确保了维修养护人员免受伤害，同时防止了现场设备遭受损坏，有效地避免二次事故发生。
第1代侧壁清洗车
第2代侧壁清洗车
图4 两代侧壁清洗车对比
大桥的保洁工作是重中之重，从路面、防撞墙到防噪屏等，都是日常保洁项目。然而，大桥数十公里的防撞墙如果采用人工保洁，既费时又费力，且存在较大人身安全隐患。自2007开始，管理团队与设备单位合作研发一种机械式侧壁清洗车，通过第1代的使用，不断改进升级，如今的第2代产品具有良好的人机操作界面，操作方便灵活。主要用于大桥防撞墙、防眩板、护栏、桥墩等清洗作业，冰雪天灌装融雪剂用于喷雾融雪。在高温、雾霾季节，还可用于桥面通道洒水作业。沿用至今，在大桥的日常养护保洁中，起到了良好的效益。
数据平台实现全寿命周期管理
图5 基于BIM的南浦大桥安全运行管理平台
南浦大桥的养护工作，不仅仅是人工向机械化方向转变，同时也在向信息化、智慧化方向转变。以前，单凭经验来养护大桥。而现在不一样了，靠的是数据说话。
“大桥桥梁结构健康监测系统”是一款基于桥梁全寿命周期管理理念，通过BIM运维数据集成的应用系统，主要包括传感系统、信息收集系统、处理和分析系统等。据介绍，整个南浦大桥共计铺设了203个传感器，能全方位对大桥现处的环境、桥面上的交通荷载、桥梁主要结构（拉索索力、主塔结构振动、结构裂缝等）进行实时追踪监测，并提供结构现状的可靠性评估，一旦出现超指标的情况，系统就会自动发出预警信号。有了数据的参照，项目管理团队能够更加合理地释放大桥交通能效，更加科学地管理大桥日常养护工作，正确判断桥梁结构病害，并作出快速处理。
以前，用经验判断白天哪个时段适合进行桥面清扫不会造成桥面拥堵，往往会判断错误。现在结合大数据，利用即时车流量反映出的数据，保洁人员可以穿梭在繁忙的高峰时段，对大桥进行清扫保洁。
同时，随着大桥使用年限的增加，对桥梁各个重要部位的检测，成为日常养护必不可少的项目，各项检测数据将成为桥梁养护及维修的基础依据。
传统的方法，需通过人工及专业工具进行检测，得到的数据往往是滞后的，不仅准备工作和检测时间较长，而且准确度也不是很高。
健康监测系统是一套建立在BIM基础下，24小时实时对大桥重要部位进行监测的工具，通过安装在桥梁上的各种检测模块，实时跟踪大桥各项数据，并对异常类数据进行记录并保存。
健康监测系统主要包括以下模块：监测数据自动化采集模块、人工检测数据管理模块、数据管理模块、安全分析评估预警模块、BIM模型管理模块。
这些模块主要记录环境风荷载、环境温湿度、结构应力、结构温度、斜拉索索力、动力特性、地震、塔顶及主梁三向位移、主梁纵横向变位、裂缝监测、交通荷载的各项数据，之后汇总至服务器上，进行在线预警以及健康评估等功能。
图6 桥面的全要素气象监测设备
除了健康监测系统以外，大桥另外安装了一套“全要素气象监测设备”。它主要为大桥监测风速风向、大气温度、桥面温度等，在台风和雨雪天应急处置中发挥了极大的作用。通过对风速的掌控，可以及时在防汛防台期间调整大桥通行车速；桥面温度则可以第一时间掌握结冰、积雪的程度，便于在冰雪天及时进行融雪融冰作业。
图7 冰雪天应急处置
人员管理上，项目部采用的是人脸识别打卡，每位作业人员都有自己的专属二维码，包括本人基本信息、安全教育培训记录等。通过“慧大桥”手机APP软件，能对作业人员到岗情况、作业技能进行跟踪掌握，如遇突发应急情况也能及时安排部署。
图8 动画视频
每天工作前，作业班组都会召开班前会议进行安全交底。而安全交底形式可不仅限于纸上谈兵，项目部运用BIM模型制作的可视化安全围封布设动态视频，使桥面情况等比例还原，将整个安全围封布设与撤除的过程，通过动画真实地还原出来，使安全交底变得更直观、有效。
科研创新突破养护传统
结构表面高清图像分析系统
大桥结构表面高清图像分析系统的研发初衷，是为了实现大桥主塔等超高混凝土结构的远距离检查检测，以便降低成本、缩短周期、提高效率及安全性。
常规的视觉检测需要用到望远镜、脚手架、吊篮等设施，通过这种繁重的劳动获得的数据往往不准确且主观，无法进行长期演变评估。高清图像分析系统集光学、自动控制、计算机技术于一身，对缺陷进行准确定位、拍照、分类，精确测量几何参数，并形成缺陷数据库，通过对检测结果的对比，获得缺陷演变趋势。
图9 大桥结构表面高清图像分析系统
该分析系统由3部分组成：高清照相机，移动控制工作站和后台数据处理系统。在观测之前，先根据观测点与被测对象的相对位置建立参照系，在操作人员的控制下，对建筑表面进行全面扫描，并获取图像。在扫描过程中，参照历史记录图形文件，如果发现新的缺陷如裂缝，创建新记录并确定其类型及状态。对于几何尺寸，只需给出裂纹的起始点及转折点，系统自动计算长度，裂纹的宽度由系统自动估计出平均值及最大值。所有获取的数据形成一个关于被测表面状况的完备的数据库，以便对比和分析。
大桥变形GPS监测系统
图10 大桥变形GPS监测系统——GPS接收天线（塔顶）
人工监测桥梁变形状况工期冗长，基本上每年进行一次，时效性差。而大桥变形GPS监测系统则可以实现对桥变形的全天候监测，监测效率提升巨大。
该系统通过在大桥上布设多个GPS测站，进行大桥全天24小时空间数据(X，Y，Z坐标)收集，并通过网桥发送到管理中心计算机,了解桥梁受风力、光照、温度等外部条件不同而引起的桥形变化,为掌控大桥安全提供数据参考。
无人机桥梁检测系统
图11 无人机桥梁检测系统
无人机桥梁检测系统,是为了实现对大桥平日无法轻易够及的超高混凝土构件的缺陷检查,这其中就包括了主桥拉索区岸跨行车无法够及的混凝土箱梁及超高桥墩的盖梁等。
一般情况下，对于超高混凝土构件，可采用结构表面高清图像分析系统，但无法对光照条件差的桥面底部，以及在地面无法观测到的盖梁顶面进行检测。而使用超高登高车不仅作业风险大，而且效率不高。无人机桥梁检测系统的研制可以实现对这些部位的高效检测。
无人机桥梁检测系统通过GPS设置初始工作点，结合辅助定位，控制装载有摄像装备的旋翼飞行器，对桥面底部或者侧面进行检测，不仅可以提高大桥超高部位的检查效率、缩短检查周期，而且降低了检查难度与作业风险，是桥梁检查检测技术发展的新趋势。
铰缝检测机器人
铰缝的病缺害随着桥梁运行年限的增长,发生的几率逐年增加。铰缝检测机器人就是为了应对这一现状而研制的一种新型铰缝检测装置,以便作业时更加快速、高效和简便。
传统方法需要通过膨胀螺栓及支架，将检测机器固定在空心板梁上，不仅准备时间较长，而且会对混凝土板梁造成一定的破坏。铰缝检测机器人能有效地减少对结构的破坏，通过系统搭载的登高平台，可以方便地改变检测位置，更加高效。同时也可以更加快捷地移动设备，提高了使用的方便性。
铰缝检测机器人包括小型登高平台，通过搭载方便了整体的运输及使用。检测部分使用高精度激光传感器和三维运动控制器高速测量来不间断记录大数据，能更好地检测和分析桥梁空心板梁之间铰缝的破损程度。
混凝土表面铁锈黄斑清洗剂
传统的混凝土表面清洗剂，腐蚀性低的清洗效果差，清洗效果好的腐蚀性高。管理团队研发的这种混凝土表面清洗剂，在实现清洗效果的同时，酸碱度呈中性。
根据铁锈、黄斑以及被污染的程度，直接使用或事先用水稀释1～5倍后使用，在使用毛刷、拖布等方法将清洗剂涂抹于被铁锈、黄斑污染面上放置5～10分钟后用刷子刷洗。通过新型清洗剂的研发和使用，可对沿线的防撞墙外侧的锈水痕迹进行彻底的保洁，该除锈剂对于去除涂装层、混凝土基层上的锈迹效果尤为显著。
大位移伸缩缝无线监测系统
传统人工测距方式无法对大位移伸缩缝进行实时监测，且主观性强误差大。通过监测系统进行缝宽数据的测量与采集，工作效率及准确度均有质的提升。
该系统通过位移传感器测量缝宽，后转换成电信号，通过无线电台将信号传出，再由办公楼位置的无线电台接收转换成数字信号，显示在监控工作站上。在接收到来自大位移的传感器信号后，利用软件建立大位移伸缩缝检测系统。这套软件提供的模块，能够以1000毫秒的频率更新数据，从而实现对大位移伸缩缝的实时监测。
路灯灯杆清洗装置
图12 路灯灯杆清洗装置
传统路灯灯杆清洗方式，依靠屈臂登高车配合人工，机械化程度低，专业性不强，效率低下；每清洗一根路灯杆需要的时间较长，对交通影响较大，清洗时还需要工人登高作业，安全性较差。研发团队历经128天的艰苦努力，终于研发完成了一款一键式全自动化路灯灯杆清洗装置。
使用路灯杆清洗装置作业时，只需驾驶员一人在驾驶室操作即可，有效避免了人工作业的危险性，既能提高作业安全系数与适用范围，又能降低清洗难度与作业成本，达到高效便捷地清洗路灯杆的目的。
该清洗装置包含多种执行机构，如爬升机构、动力机构、清洗机构、电控系统等，同时配备相应的传感器来完成整个清洗动作。它实现了自动爬升与高效清洗，并且完全替代人工攀爬操作。此设备的功能应用工作效率也从以前的半小时清洗1根杆件，到现在1小时清洗8根，辛勤钻研的科研成果最终转化成了显而易见的作业效率。
随着城市快速发展，桥梁、高架等承受着越来越大的压力，一些年代久远的设施甚至在超负荷运行下，出现了不同程度的病害。这就更需要精进技术、勇于创新，实现养护维修专业化。
南浦大桥养护管理团队根据上级部门对设施保障工作要求，实施设施养护运行各项保障工作，加强专业化养护管理，在日常养护维修查漏补缺的基础上，重点落实解决桥容桥貌的整改提升工作，提升大桥日常养护标准，让这座黄浦江上最早建成的大跨径桥梁再一次容光焕发！
本文刊载 /《大桥养护与运营》杂志 2019年 第3期 总第7期
作者 / 胡彩旭
作者单位 / 上海浦江桥隧运营管理有限公司
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