随着经济的快速发展，交通运输需求越来越大，在役桥梁在使用过程中桥梁结构不可避免地受到各种环境作用的侵蚀，并且结构自身的功能退化也会随着服役期的增长而持续发展。内外因素的综合作用导致了大量桥梁结构出现不同程度的病害，桥梁事故时有发生，桥梁运营安全状态形势日趋严峻[1]。理论研究和经验都表明，成桥后的结构状态识别和运营过程中对桥梁病害进行监测、预警和及时维修，有助于从根本上消除隐患及避免灾难性事故的发生。近年来，国内外学者对桥梁运营监测系统进行大量的研究和实践，取得了丰硕成果[2-4]。本文针对沈海高速公路某桥的监测需求，研究开发了基于云平台的运营监测系统，通过采用虚拟监控中心的方式，大幅降低了监控中心的建设费用和建设周期，保障了桥梁运营安全。

1.1 研究对象 选取2013年5月-2016年5月于安吉县人民医院住院的急性化脓性阑尾炎或坏疽性阑尾炎患者150例为研究对象，其中男性92例，女性 58 例，平均年龄为（47.40±10.47）岁，每位患者均进行手术治疗，术后病理诊断为急性化脓性或坏疽性阑尾炎。按随机数字表发分为3组，每组均为50例。对照组为切口无处理患者，皮片组为切口予皮片引流，实验组为切口高真空负压引流患者。排除明显智能、语言理解和表达障碍、有精神疾病或精神疾病家族史、合并严重的甚至危及生命的并发症患者。所有患者均签署知情同意，3组患者间年龄、性别、高血压、糖尿病及脑卒中患病率差异无统计学意义（P＞0.05）。

1 工程概况

某桥位于沈海高速公路，于1997年底建成，全长1389.98m，上部结构为（9×25m）预应力混凝土连续T梁+（35.4m+11×50m+35.4m） 预应力混凝土连续箱梁+（22×25m）预应力混凝土连续T梁；下部结构为钢筋砼双柱式墩，桥台为钢筋砼肋板式台；钢筋砼钻孔灌注双排桩基础；引桥设板式橡胶支座，主桥设GPZ盆式支座；桥面设GQF-MZL型橡胶伸缩缝。设计荷载等级：汽车-超20级，挂车-120。2012年桥检发现，该桥多跨箱梁跨中附近有较多横向裂缝，部分宽度超限，贯通梁底。2014年对该桥进行了荷载试验，结果表明主桥箱梁结构承载能力基本满足设计活载标准的正常使用要求，但挠度校验系数在0.69～0.97之间，大部分加载工况下挠度值与理论值接近。2015年11月外观检查发现主桥箱梁多跨在梁端位置腹板新增斜裂缝较多，约2/3裂缝超限，部分裂缝箱内外对称发展，同时发现箱外梁端修补过的腹板位置斜向、竖向裂缝重新开裂。

全文的详细阅读完成之后，语言和内容基本上过关，这时候需要回过头来细看文章的篇章组织，感受文章的结构之美。这个环节充分利用建构主义教学的协作会话理念，由学生分组讨论完成结构分析和各部分大意归纳，并选派代表将小组意见表述在黑板上。在本人的教学实践中，各个小组由于对课文有较为全面的理解，都给出了自己合理的结构分析，并概括了各部分大意。各组的结构分析并不完全一致。

2 系统总体架构

2.1 基于云平台的监测系统架构方案

传统监测系统需要构建实体监控中心，购买和部署物理服务器、存储设备、网络设备等，系统建设费用高，建设周期长，并且需要管理部门配置专业队伍对监控中心设备进行维护和升级。该桥为主线重要桥梁，交通量较大，为了保障桥梁结构运营安全和交通畅通，需要紧急实施监测，任务急，时间紧，责任重。基于传统技术构建监测系统，其实体监控中心的搭建通常需要半年甚至更长时间，不能满足该桥的监测任务需求。为此，本文提出采用基于云平台的方式构建以虚拟监控中心为主体的大桥监测系统。

监测系统部署于阿里云平台上，其架构拓扑图如图1 所示[5]。

通过有限元计算，得到了大桥各个截面的最大承载能力和荷载产生的最大/最小弯矩，两者之间的关系见图3和图4。

图1 监测系统架构拓扑图

表1 虚拟监控中心服务器功能和特性

服务器 IP接入方式 用户能否访问采集服务器 公网 用户不能访问，但桥梁现场采集设备可以访问预警服务器 内网 用户不能访问，但可向用户发送预警短信数据库服务器 内网 不能评估服务器 内网 不能离线监测服务器 公网 通过Web门户网站提供的链接访问Web服务器 公网 通过浏览器访问

数据库管理平台采用阿里云数据库RDS（Relational Database Service）和MySQL数据库。RDS是稳定可靠、可弹性伸缩的在线数据库服务，它支持MySQL、SQL Server等数据库引擎，并且提供了容灾、备份、恢复、监控、迁移等方面的全套解决方案。MySQL是全球市场占有率最高的开源数据库，相较于Oracle和SQL Server等商用数据库，MySQL的性能高、成本低、可靠性好。经过优化的MySQL经过了高并发、大数据量的考验，还实现了读写分离、数据压缩、智能调优等高级功能。

2.2 云平台监测系统与传统监测系统的比较

（2）部署效率方面：传统技术方案中，无论是系统的设计，硬件的购买，还是软件的开发等等，都需要大量时间。一个传统桥梁监测系统的实施时间，往往需要一两年。云平台方案中，可通过网络快速购买虚拟IT资源，组建虚拟监控中心，并且项目组提出并实现了监测软件系统的参数化调制，极大提高了系统部署效率。

从图3和图4可知，在没有考虑承载能力折减的情况下，大桥各跨跨中的最大弯矩与截面最大抗弯承载能力很接近，最不利的位置位于连续箱梁第11跨（10号桥墩～11号桥墩）跨中10m范围和第21跨（20号桥墩～21号桥墩）跨中10m范围。根据以上计算结果和历次桥检结果，对结构薄弱部位，进行重点监测，监测项目包括裂缝、主梁挠度、主梁应力和桥墩倾斜。测点布置如图5和图6所示，图中圆点表示测点安装位置，测点括号内数字表示该位置该类型测点数量。

传统方案基于物理服务器构建，新方案基于云平台构建，两种方案相比较，后者建设费用更低、部署效率更高、用户使用更灵活、维护升级更方便，具体的比较分析如下：

央视《一带一路共创繁荣》的广告中没有任何人物的语言符号，但是有音乐贯穿整个广告，属于快乐的叙事模式的音乐隐喻，可以用“抒情”的情感术语描述。刚开始，抒情的钢琴声响起，一开始少有应和，后来逐渐加入其他几种乐器，当画面转为泰国小伙和朋友举杯时，钢琴与管弦乐合奏达到乐曲高潮，观众情感共鸣起来，脑海中会不禁会浮现出“一带一路”倡议下世界繁荣昌盛的景象。在整个电视广告的音乐中，音乐由舒缓的抒情到激昂的合奏，旋律逐渐加快，高潮在最后。

取同一批供试品溶液各 10 μL，分别于1.4，1.5，1.6 mL/min流速下进样，测定的有关物质结果分别为0.05%，0.06%，0.06%；在流动相V（磷酸盐缓冲液）：V（甲醇）：V（四氢呋喃）分别为 575∶335∶90，587∶323∶90 与 600∶310∶90 的条件下进样，所测定的有关物质结果分别为0.07%，0.06%及0.06%；将色谱柱更换为DikmaInertsilC8（4.6 mm×75 mm，3 μm），测定的有关物质结果为0.05%。上述试验结果表明该方法的系统耐用性良好。

一个有效的、具备针对性的桥梁运营监测系统的建立，监测测点布设方案是关键[6]。本项目采用Midas Civil有限元软件，建立大桥有限元模型，全桥共623个节点，622个单元，有限元模型见图2。

3 监测测点布设

（4）维护升级方面：传统技术方案中，需要配置专门团队对监控中心的软硬件设备进行维护，而且系统升级困难，技术服务方的最新研发成果难以在已建成监控中心得到应用；新方案中，用户无需关注监控中心软硬件设备维护事宜，这些工作由云平台服务提供方实现，而且系统升级也非常简单，技术服务方通过登录云平台对监测软件进行替换更新即可。

图2 有限元模型

在该架构方案中，采用虚拟机替代物理服务器，每台虚拟机的IT资源可以灵活定制。借助于云平台虚拟机IT资源可灵活定制的特性，该架构方案改变了传统监测系统中多个子系统共享一台物理服务器的设计思路，而是为每个子系统提供一台专门的虚拟机服务器，减少各个子系统的耦合关系，保障各子系统运行稳定。这些服务器分别是采集服务器、数据库服务器、预警服务器、评估服务器、Web服务器和离线监测服务器，由此组成了所谓的虚拟监控中心，向用户提供桥梁运营监测服务。各服务器的功能和基本特性如表1所示。

甫一走进飓风集团下属企业富日制造的大门，就看到右手边一个用透明玻璃搭建的房间，2位工作人员端坐在诸多的显示屏前，仔细监控着生产中的种种，顿时关乎富日制造的初印象便贴上了“智能化”的标签。

（1）建设费用方面：传统技术方案需要实体监控中心，需要按未来可能的最高负载配置物理服务器、存储设备和网络设备等监控中心基础设施，而这些设施资源往往绝大部分处于闲置状态，造成极大的浪费；新方案中，无需实体监控中心，采用虚拟监控中心，且IT资源调度灵活，可实现按需分配，使其满足监测需求而又不至于过度，基本不会造成IT资料浪费。因此，就监控中心建设费用而言，新方案远低于传统方案。

（3）使用灵活性方面：传统技术方案中，监测系统部署于实体监控中心，主要的功能必须在监控中心才能进行操作，而监控中心通常位于桥址附近，往往地处偏远，尤其是在有多座桥梁监测时，每个桥梁有各自的监控中心，用户无法集中管理，给用户使用带来不便；新方案中，监测系统部署于云平台虚拟监控中心，用户通过各种智能终端，在网络条件良好的场所即可登录虚拟监控中心，对软件系统的各种功能进行操作，极大提高了用户使用的灵活性。

4 监测预警与数据分析

桥梁结构安全预警和综合评估子系统是大桥运营监测系统的核心。本项目采用一种基于结构现状的大型有限元分析结果的桥梁监测数据在线预警方法对桥梁结构的运营状态进行实时预警。对于理论计算阈值，如仅根据设计图纸建立的有限元模型将无法准确地计算大桥的实际响应，必须根据大桥实测值对有限元模型进行修正。大桥监测数据预警分为三个等级：绿色、黄色和红色。以挠度为例，不同监测量使用度对应不同的预警等级如下（表 2）：

图3 结构承载能力与截面弯矩的关系图（最大弯矩）

图4 结构承载能力与截面弯矩的关系图（最小弯矩）

图5 大桥左幅监测测点布设图

图6 大桥右幅监测测点布设图

表2 挠度监测值使用度预警指标

绿色 挠度监测值使用度低于80% 无需处置黄色挠度监测值使用度超过 80%，但不超过100%提醒桥梁管养单位应对环境、荷载、结构整体或局部响应加强关注，并进行跟踪观察红色 挠度监测值使用度超过100%警示应对环境、荷载与结构响应连续密切关注，查明报警原因，采取适当措施以确保桥梁结构安全运营，并应及时进行结构安全评估

当发生黄色或红色预警时，监测云平台通过短信方式向技术人员发送黄色预警信息，技术人员远程登录监测云平台，分析预警原因。如果分析认为存在安全隐患，技术人员应立即以短信、电话等方式通知管理人员。通过这种方式，一方面尽可能的捕捉各种预警信息，避免安全事故；另一方面，通过技术人员的排查，避免误报警，对管理人员造成过多的干扰。下面以一个监测实例来说明数据分析与预警的流程。

2016年4月9日和10日，大桥右幅第18跨跨中附近主梁正弯控制截面应变测点（S4-1、S4-2、S4-3和S4-4测点）报警，报警情况详见表3，这说明监测变量出现骤然增大或减小的趋势。图7列出报警测点2016年3月23日至4月30日，温度日均值的变化情况。可以看到，4月9日、10日温度日均值相对于前一天骤降了2～3℃。温度的改变引起结构的热胀冷缩，反映出来的即是应变监测值出现骤变。通过对应变和温度变化进行相关分析，可得出结论：2016年4月9日、10日该桥上述测点出现的异常分布报警，是由传感器温度补偿误差以及环境温度骤变所引发的结构温度效应所致，并非桥梁结构自身出现异常。

1.2 治疗方法 对照组患者采用甲氨蝶呤小剂量分次肌注联合米非司酮进行治疗，甲氨蝶呤剂量：0.4 mg·kg-1·d-1，5 d为一个疗程，米非司酮剂量100 mg，2次/d，连续服用3 d，剂量600 mg。观察组给予患者一次性甲氨蝶呤肌注给药联合米非司酮(100 mg，2次/d)进行治疗，甲氨蝶呤一次性剂量50 mg/m2，在患者给药4～7 d，如实验室检查血β-hCG下降幅度小于15%或持续上升，于第7天再次肌注同剂量甲氨蝶呤。

表3 大桥报警情况（2016年4月9日和10日）

2016年4月9日 黄色报警 黄色报警红色报警2016年4月10日 黄色报警

此外，异常车辆荷载也会引起系统报警。2016年4月27日至4月29日，大桥进行荷载试验，在这三天时间内，大部分裂缝、挠度、应变测点都出现了异常分布黄色或红色报警。图8给出了2016年4月29日S8-3应变测点监测数据曲线，S8-3应变测点布设在左幅第21跨20#墩侧主梁负弯控制截面。从图中可以明显看到2016年4月29日曲线发生了一些跳跃变化，局部发生突变，突变前后曲线趋势衔接顺畅。可以直观地判断，突变对应着荷载试验不同工况，而整体趋势顺畅反映出测点S8-3

区域结构力学性能良好，当荷载消失后，能基本返回加载前的状态。

5 结论

本文研究的基于云平台的桥梁监测系统，利用云计算技术构建虚拟监控中心，与传统技术相比，建设费用低，部署效率高，使用灵活，维护升级方便。基于云平台的沈海高速公路某桥运营监测系统已投入运行半年，半年来运营监测系统工作正常，为保障桥梁安全运营发挥了重要作用。

图7 温度日均值

图8 2016年4月29日S8-3测点监测数据曲线

参考文献

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