沪通长江大桥天生港专用航道桥采用先梁后拱、主梁斜拉扣挂和拱肋梁上竖转的多种组合施工方法，首次实现了复杂环境下钢桁梁上三肋钢箱拱的竖向转体施工。沪通长江大桥转体监控系统以动态三维施工场景为展示环境，通过云端读取实时施工监控数据，再用数据驱动模型运动，将转体过程中大桥各个构件的实时状态以三维可视化的方式进行展示。

工程概况

沪通长江大桥是新建沪通铁路的控制性工程，为四线铁路六车道公路合建桥梁，桥梁全长11.072km。正桥钢梁总长5831.3m，由主航道桥、天生港航道桥和水中非通航孔桥组成，其中天生港专用航道桥采用（1.5+140+336+140+1.5）=619m钢桁梁柔性拱桥方案。主桁采用刚性梁柔性拱的华伦式三主桁结构，柔性拱设在336m通航孔。三主桁的横向桁间距为2×17.25m，边桁桁高15.7m，柔性拱矢高60m。

天生港航道桥上部结构总体采用“先梁后拱，主梁上分节拼装拱肋，再进行拱肋转体”的施工方案。其中，平弦钢桁梁采用架梁吊机从主墩往两侧双悬臂架设，柔性拱肋架设采用在钢梁上成拱，在主梁上完成拱肋拼装后，利用扣塔将两侧拱肋分别进行精确竖向转体，待就位后安装拱肋中间的合龙段。沪通长江大桥天生港专用航道桥首次采用主跨达336m的大跨度公铁两用三主桁钢桁梁柔性拱桥结构。

转体施工监控系统设计

该监控系统由硬件系统和软件系统两大部分组成，其中，硬件系统包含施工数据的采集和传输两个环节，软件系统包含数据的存储、计算和展示环节，系统设计流程图如图1所示。

硬件系统设计

硬件工作的稳定性直接决定着数据的可靠程度，桥梁转体施工是一个持续作业的过程，如果要时刻掌握桥梁构件实时状态信息，首先要保证施工数据采集过程的连续性，其次要保证数据传输的实时性，二者缺一不可。在该转体施工监控系统中，数据的采集和传输这两个环节是紧密联系无缝对接的。

图1 监控系统设计流程图

数据采集

在该系统中，整座桥梁的监测网络由一定数量的数据自动采集系统组成，每个采集系统包括一个区域监测点，采集系统中采用了高精度智能传感器、数据自补偿和预处理调理器设备以保证采集数据的准确性。考虑到拱肋上没有稳定持续的供电方式，因此在桥位处无电源条件下采用自供电方式，保证了全天实时自动采集。在转体之前所有的采集设备均进行了反复调试，在现场的安装和组网也严格按照方案实施，避免其他不必要因素影响设备的运行。

数据传输

该系统数据传输均采用无线网络方式24小时无间断传输到云端。沪通长江大桥天生港专用航道桥所处江面较宽，无线通信信号较差，如果使用普通的无线设备将会存在数据丢失或数据传输延迟的情况，这都将对转体施工监控效果产生影响。因此，在无线传输方面采用的是低功耗无线、传输距离远、可点对点或一对多组网灵活的Lora节点和智能云盒等传输组网设备，用无线传输方式将实时数据传输并存储到云端，解决了江面信号差及需人工采集误差等问题，保证了数据的完整性和实时性。

软件系统设计

施工数据的存储与计算

该系统中传感器的数据采集频率较高，每天都有大量的数据由无线设备传输到云端进行处理，由于桥梁结构中每根杆件上安装的传感器位置和理论数据都不同，所以需要处理每个传感器的数据。在数据库中考虑到传感器的各种状态，设计了相应的若干字段描述实时数据，例如传感器安装位置、理论值、阈值和工作状态等，同时安装在同一区域的传感器对比分析数据。所有传输到云端的数据均由一定的算法计算后，再存储到数据库中，以供展示平台进行可视化处理，并实现了桥梁施工状态24小时异常预警功能。

三维界面设计

使用三维模型可以让施工细节在监控系统中反映得更准确和清晰，通过对三维模型的各种操作能够让用户精确定位到需要查看的施工信息，模型数据的实时性也会让三维模型产生丰富的动态效果。首先制作出等比例的桥梁三维模型进行贴图和渲染，生成可以与其他三维引擎平台对接的模型文件。再根据桥梁周边的环境特征建立虚拟地形，之后将桥梁模型导入到虚拟地形中，在相应位置的施工监测点上布置传感器模型后，初步的三维虚拟施工场景则搭建完毕，如图2所示。

图2 搭建三维虚拟施工场景

编写脚本文件可使监控系统与网络数据库产生数据交互，既能读取实时桥梁施工监控数据，也能修改数据库中的数值。获得这些数据后，将其与相应的三维模型绑定，这样所有的传感器模型都能显示实际设备采集到的实时施工数据。

程序客户端发布

客户端的功能直接关系到监控系统的展示效果，上述步骤只是在程序和数据库之间的联系，还需要建立起使用者和程序之间的交互，例如对三维模型的各种操作、查看不同位置的传感器信息、放大或缩小视角等功能，因此根据桥梁施工方案详细设计了用户操作界面，合理设计各个功能按钮和状态显示栏，按照一定尺寸比例布局在屏幕上，保证整个监控系统所需的功能在屏幕上一目了然。最后将设计好所有程序打包成客户端文件，用户可以凭借指定的帐号和密码使用任意一台电脑登录施工监控系统，各个参建方可协同共享转体施工的信息。

图3 桥梁转体施工监控系统主界面

转体施工监控系统应用

2017年10月，沪通长江大桥天生港专用航道桥拱肋成功完成竖向转体，两侧拱肋完美实现了转体对接，该监控系统全过程监控桥梁转体施工，系统主界面如图3所示。

桥梁转体施工监控系统主界面主要包括三维界面、曲线栏和数据栏等部分，用户可以查看到转体施工数据相关的信息，例如拱肋转动姿态和角度、测点布置图和测点数据、拱肋之间的高程差曲线等。在主界面中还能对桥梁模型进行一定的操作来查找制定位置的施工信息，除了在模型上直接显示数据之外还能打开所有传感器的列表信息。监控人员可以随时在电脑上登录监控系统查看各个拱肋的转动角度、拱肋间高差值、关键部位受力情况等施工数据，根据这些信息可以随时调整现场施工设备，让拱肋转体更加精确可控、减小误差。在桥梁转体施工完成后，还能通过监控系统对施工过程进行回放，选择任意时间点对当时的桥梁整体状态进行还原。

结语

沪通长江大桥天生港专用航道桥转体施工监控系统在硬件方面使用了高精度智能传感器和低功耗传输能力强的无线发射设备，保证了数据的准确性和稳定性，在软件方面以动态三维施工场景为展示环境，通过云端读取实时施工监控数据，再用数据驱动模型运动，将转体过程中大桥各个构件的实时状态以三维可视化的方式进行展示，同时对转体过程中拱肋各个测点的高程差数据进行分析，将各个测点的高程差曲线与数据列表、三维模型、桥梁立面视角同时展现在画面中，能够实时掌握到拱肋的转动姿态和构件的受力状态、转体施工的进度等信息，保证了拱肋的稳定同步转体。