长风破浪会有时，直挂云帆济沧海——云庐科技桥梁数字孪生产品亮相第二十五届中国高速公路信息化大会

2023年3月30日、31日，云庐科技与万集科技共同打造的“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”成功亮相“第二十五届中国高速公路信息化大会”，引发多方关注。

“中国高速公路信息化大会”是中国高速公路行业每年一度的盛会。今年展会上，大咖云集，华为、腾讯、阿里、百度等互联网行业巨头，纷纷携各自在智慧公路、智慧隧道、桥梁监测等方面的特色产品出席展会，竞相展示产品优越性能。国产CAE头部厂商、先进的数字孪生技术与解决方案提供商云庐科技与国内交通智能化头部企业万集科技受邀参展，展示了企业联手打造的“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”。因具备突出的先进性与实用性，系统自众多参展的智慧型桥梁监测系统中脱颖而出，吸引了无数到场观众的眼球，成为了此次8号主场馆中的观看焦点。

 在“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”的展示大屏前，人头攒动，宾客如云，聚集了多家高速公路业主单位和管养单位的领导驻足观看。云庐科技与万集科技的工作人员详细地讲解了系统针对当前市场痛点、难点需求开发的功能应用。观展人员全神贯注地聆听，并表达出对系统的浓厚兴趣和强烈的合作意愿。

“这套系统正是我们目前迫切需要的，有了这套系统我们采集的数据终于不再是‘孤岛’，可以作为生产资料有效利用起来了！”——来自华中地区某高速公路管养公司的副总工说到。 “过去我们往往基于单点数据判断桥梁运行状况，对于未安装传感器的桥梁部位，我们很难识别到他们健康与否，更别提了解到桥梁整体的健康状态了。”实际上，这不仅仅是单家高速公路管养公司开展桥梁监测工作面临的问题，更是长期困扰着整个行业的痛点、难点。

这位副总工还谈到，其所在公司管辖的高速公路桥梁数量庞大。在这些桥梁中，部分桥梁已服役20年左右，存在许多潜在的安全隐患，虽然管养人员每天都能通过桥上安装的硬件传感器了解到单点监测数据，但却根本无从知晓桥梁整体的实际性能状况。随着时间流逝，桥梁在加速退化，病害在加速演变，而单点监测的数据并不能体现出桥梁整体结构性能。为了解决管理者的困扰，云庐科技与万集科技共同研发了“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”，针对桥梁结构复杂的受力体系，通过构建桥梁的机理模型实现桥梁场景的数字孪生。数孪模型运用CAE在线仿真分析内核，结合IoT设备所获取桥梁环境、作用、结构响应和结构变化等监测数据，实时计算分析桥梁结构的整体受力及变形情况，实现对桥梁结构整体健康度评估，从而解决管养方监测数据无法体现价值和有效利用的问题。

 “我们对于桥梁监测系统的要求很高，希望能够做到省级独家，条件你们开！”——西南地区某管养企业总经理这样说到。“西南地区自然灾害多、地震多，想要实时了解所有桥梁结构的受力状态实在太困难了。市面上的监测大都是看单点、看皮毛，你们能做到看整体、看筋骨，这太有用了！”如这位总经理所言，中国有些省份位于地壳运动活跃地带，山多、桥多、自然灾害多，地震等自然灾害对桥梁性能所带来的影响是管养单位关注的重点。传统的监测手段难以满足管理者实时查看桥梁整体性能状态的管理诉求，因此这也成了桥梁日常管养的视觉盲区。云庐科技与万集科技联手打造的“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”可以实现桥梁结构运行状况的实时分析和展示，从根本上消除管理者对自然灾害频繁地区，大规模交通基础设施物理性能状态的监管盲区。

“这个解决方案能一体化的兼顾多个方面，实用性强，期待系统可以尽快安装，帮我们解决目前的实际问题。”——华北某市市政管理单位领导说到。“我们那边是环城高速，靠近港口，公路出入口多，货车超载严重，桥面都压成波浪线了，环城的几个桥梁都是这个状况。我们正在召集各部门，做个一体化方案，你们的方案与我们的需求十分契合，希望能够帮助我们解决这一揽子问题。”

超载是导致桥梁寿命减少的主要因素，云庐科技与万集科技联手打造的“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”结合窄条动态称重、激光雷达、摄像抓拍、桥梁结构安全监测等设备，利用动态称重、数字孪生、高准确度事件检测、基于车辆轨迹跟踪的桥面动态荷载分布、IoT、AI和CAE在线实时仿真分析系统，实现了桥梁运行状态一张图监测、主动安全预警与应急处置联动和桥梁结构整体工作性能评估等多重功能。一体化地解决了桥梁交通情况监测、结构安全监测及评估等桥梁安全场景的多重问题。

上述三种实际需求和应用场景具有典型性，云庐科技与万集科技合力打造的“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统” ，解决了目前市场上基于视觉、BIM等技术所开发的监测系统解决不了的问题，这主要归功于系统领先的，基于CAE+AI的数字孪生技术。

 
与停留在描述层面的，基于BIM的数字孪生技术不同，基于CAE+AI的数字孪生技术通过构建桥梁的机理模型，对桥梁结构进行单元剖分、施加荷载和边界条件；通过有限单元法等对模型进行求解，确定结构的响应和变化，揭示桥梁结构内在的变化规律，实现更全面的监测。

 桥梁监测的重点在于及时获悉或是预测出桥梁可能发生的风险，及早应对，避免安全事故的发生。想要及时、超前感知桥梁风险，就需要对桥梁结构损伤有深层次地了解和知识积累。真实情况下，大量桥梁结构的损伤样本是极难获取的。虽然在运营过程中，可通过检测手段获取桥梁部分损伤情况，但桥梁检测的次数是有限的，而这些样本对于用作AI训练是远远不够的。CAE仿真技术可以通过修改桥梁结构不同构件的力学性能（比如刚度、截面等）来模拟桥梁的各种劣化情况，并通过加载各种载荷模拟桥梁结构在各种工况下的力学响应，这样就可以通过大量的有限元仿真来模拟桥梁结构的各种损伤情况，从而获得大量的损伤样本。之后，将这些损伤样本提供给AI进行机器学习训练，就能得到桥梁损伤的智能识别模型，在接入IoT采集而来的真实数据后，该智能识别模型还会不断进行动态调整，实现对桥梁风险地实时诊断与预测预警。万集科技与云庐科技将不断探索这一技术路径的更好应用方式，希望通过逐渐累积的多个桥梁监测数据，在未来能够形成针对桥梁领域的GPT，以CAE提供的桥梁劣化样本数据为驱动，结合桥梁专家的经验知识进行GPT训练，实现快速评判桥梁健康状况，并结合桥梁状态给出具体养护指导意见。

当前，随着5G、IoT、AI、大数据、云计算等新一代信息技术的不断发展与突破，多个领域都在大力推进智慧化建设，交通领域也不例外。作为国家“强国战略”的重要组成部分，交通部运输部也出台相关政策措施，为交通强国建设指明发展路径。2021年1月，交通运输部发布《关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见》，在工作目标中提出了：“到2025年……跨江跨海跨峡谷等特殊桥梁结构健康监测系统全面建立……。到2035年……公路桥梁结构健康监测系统全面建立，安全风险防控体系基本完善，创新发展水平明显提高，标准化、智能化水平全面提升……”等具体目标要求。

在实现方法上，在“着力提升创新发展能力”中也指出：“……将桥梁例行检查、专项检查与实时监测相结合，开展桥梁服役状态监测分析，开展桥梁设计、施工、检测、监测等领域关键核心技术和装备攻关。加强桥梁结构状况评估、预防性养护、维修加固方法和技术研究，开展桥梁承载能力快速、智能评估技术研究。”

云庐科技携手万集科技践行交通运输部的指导精神，立足于技术创新与突破，强强联手打造的“基于CAE+AI的桥梁数字孪生仿真监测系统”，着眼于解决交通运输部发布文件中指出但缺乏有效手段的技术性难题。用实际行动帮助各地方行业主管政府部门、业主单位和管养单位，以国际领先的数字化、智能化技术有效提高桥梁管养效率和管养精度，助力行业技术升级，为早日达成提升公路桥梁安全耐久水平的总体目标贡献自己的一份力量。