报到第三周,赵院长把姚晴叫到办公室。
“狮子林桥的改造项目,你跟着做。”赵院长从桌上拿起一份文件翻了两页,“海河上几座老桥都要做智能化升级,狮子林桥是第一批。你负责结构健康监测系统的方案设计。有没有问题?”
姚晴摇头。
“先别急着点头。”赵院长把文件递给她,“你回去看看资料,下周项目组碰头的时候,你把思路说给大家听听。组长陈维,搞结构的,经验足,你多跟他请教。”
姚晴接过文件,封面印着“狮子林桥结构健康监测系统升级改造——项目建议书”。她翻开第一页,看到狮子林桥的技术参数:全长96.6米,三跨,1974年建成,1994年两侧各加建一座新桥,2003年整体顶升1.271米。
她的目光停在“2003年”这个年份上。那年她五岁。孔梅说她三四岁的时候爷爷来天津住过几天,带她去过海河边。也许爷爷也见过狮子林桥,也许没有。但狮子林桥被顶升起来的时候,爷爷已经回了青县,身体不太好了。他不知道天津的桥后来变成了什么样子。
姚晴把文件合上,走回工位。
她的工位在靠窗的位置。窗外能看到一小段海河,远远的,被几栋楼挡了大半。但能看到河水反射出来的光,中午的时候特别亮,像是一条银色的线横在楼缝里。
接下来几天,姚晴把狮子林桥的资料翻了个遍。
她找到2003年顶升工程的详细记录。那时候狮子林桥还是三座独立的桥——中间一座老桥,1974年建的,两侧各一座新桥,1994年加的。三座桥的宽度加起来将近四十米,总重量四千两百吨。海河要通航,桥的净空高度差了1.271米。拆了重建要八个月,顶升只需要不到两个月,省了一半多的时间和两千多万的投资。
顶升用了六十八台两百吨的千斤顶。电脑控制,同步发力,八个测量点的位置误差不超过五毫米。姚晴想象了一下那个场景:深夜的海河上,六十八台千斤顶同时启动,巨大的桥体从支座上缓缓离开,悬在空中,像一艘被托起的船。工人们在桥底下守着,手里攥着对讲机,屏幕上跳动着每一个测量点的数字。整个过程持续了几十个小时,分步抬升,先把北侧新桥抬起来,再抬老桥,最后抬南侧新桥。
她想起刘总工说过的话:“先看人怎么用桥,再想桥怎么修。”顶升之前,设计团队肯定在狮子林桥边蹲了很久,看早晚高峰的车流,看行人过桥的节奏,看河两岸的居民怎么走。拆桥封路八个月,几十万人要绕路。顶升封路两个月,虽然也得绕,但至少夏天能过去。这些账,计算书里写不出来。
但姚晴关注的是另一个问题。狮子林桥被顶升之后,受力状态变了。原来的支座拆掉了,换了新的钢管混凝土垫石支撑。桥还是那座桥,但骨头和关节换了。二十年过去了,这座“长高”了的桥在服役中会有什么样的变化?有没有出现新的裂缝?应力分布和设计预期是不是一致?
这些问题,定期巡检回答不了。巡检报告里写的是“桥面铺装完好”“栏杆无明显锈蚀”“支座无异常位移”。但支座内部的橡胶老化程度呢?垫石和桥体连接处的微裂缝呢?这些问题都藏在看不见的地方。等巡检发现的时候,往往已经严重了。
姚晴想起爷爷笔记里的一句话:“有些病在表面,有些病在骨头里。”
周五下午,项目组碰头。
组长陈维坐在会议室长桌的尽头,旁边是结构组的两个同事,还有一个做电气自控的老工程师姓孙。陈维三十出头,戴一副方框眼镜,桌上摆着一摞打印出来的结构计算书,旁边放着一支铅笔和一个计算器。姚晴注意到他的计算器是那种老式的,按键很大,不是手机上用的。
“姚晴,你先把监测方案说说。”陈维把铅笔搁在计算书上,看着她。
姚晴打开笔记本电脑,投到会议室屏幕上。第一页是一张狮子林桥的平面图,上面标了几个红点。
“我的思路是,用轻量化的传感器网络加上机器学习算法,做实时状态评估。”她说,“传统巡检是人工定期检查,一年一次或者两年一次,靠眼睛看。我的方案是让桥自己说话。”
陈维没说话,示意她继续。
姚晴翻到第二页。屏幕上是一张示意图,桥面的关键部位标注了传感器的位置。“布点选在跨中、四分之一跨、支座附近。用的是MEMS传感器,倾角和振动一体化,体积小,功耗低,可以直接贴在桥体表面,不用打孔预埋。数据通过无线网关传到后端平台。”
孙工插了一句:“MEMS传感器的精度够吗?”
“倾角精度零点零一度,振动加速度分辨率在微克量级。”姚晴说,“对狮子林桥这种规模的桥来说,够用了。关键不是单个传感器的精度,是数量。传统监测方案只在少数几个关键点布高精度传感器,我的方案是布几十个轻量化传感器,形成一个覆盖网。这样不仅能测到结构整体的响应,还能捕捉到局部异常。”
陈维在计算书上用铅笔画了个圈,没说话。
姚晴翻到第三页。屏幕上出现了一张流程图,左侧是传感器采集的数据流,中间是数据处理模块,右侧是评估结果。“传感器采到的数据,先做预处理,去掉温度和交通荷载引起的正常波动。然后输入到一个深度学习模型里,做状态分类和异常检测。”
“什么模型?”陈维问。
“卷积神经网络,主要是做图像识别的。”姚晴停了一下,“但输入不是图像,是传感器数据的时序特征。我把振动信号的频谱图作为输入,用CNN来提取特征,再结合倾角数据的趋势分析,判断结构状态是否偏离正常范围。”
陈维把铅笔放下了。“你能说清楚点吗?CNN用在振动数据上,原理是什么?”
姚晴深吸了一口气。她知道陈维不是刁难,他是真的在问。传统结构工程师对AI的了解往往停留在概念层面,他们需要的是能听懂的类比。
“你巡检的时候看裂缝,怎么判断这个裂缝有没有问题?”
陈维想了想:“看宽度,看位置,看是新的还是老的。一条裂缝在跨中比在支座附近严重,宽度超过零点二毫米要重点关注,表面有渗水痕迹说明是贯穿性的。”
“对。你是靠经验在判断。你的经验从哪里来的?从这些年看过的几百座桥、几千条裂缝里总结出来的。你脑子里有一套关于‘什么样的裂缝代表什么样的状态’的模型。”
陈维点头。
“CNN做的就是类似的事。你给它看成千上万张带标注的桥梁裂缝图片——这是‘严重’,那是‘轻微’,这是‘结构性裂缝’,那是‘温度裂缝’。它自己从图片里学出一套规律,以后你给它一张新图片,它就能判断。”
姚晴点了一下鼠标,屏幕上换了一张图。左边是一张桥底裂缝的照片,右边是算法输出的彩色热力图,裂缝的位置被标成了红色。“它能定位,能分类,还能算出裂纹的宽度。我硕士论文做的就是这部分。但我的想法不止于此。”
她翻到下一页。屏幕上出现了三条曲线,重叠在一起。“狮子林桥的特殊性在于,它被顶升过。顶升之后的应力重分布是一个长期过程,可能持续很多年。这个过程靠定期巡检根本捕捉不到。但如果我们把传感器数据连续积累下来,就能看到结构的‘呼吸’——随温度变化的伸缩、随交通荷载变化的振动、随季节变化的位移趋势。”
“然后呢?”陈维问。
“然后用AI来学习这种‘呼吸’的正常模式。一旦出现和正常模式不一样的‘呼吸’,就报警。它不需要知道问题出在哪里,只需要知道‘不对劲’。”
会议室里安静了几秒。孙工在笔记本上记了什么。陈维把计算书翻到最后一页,上面是他之前用铅笔画的几道线,有一道画得很重,笔尖把纸都戳出了一个小坑。
“你的方案有一个前提。”陈维说,语气不急不缓,“你假设AI能学到正常的模式。但狮子林桥的‘正常’是什么?它是一座被顶升过的桥,一座有三部分结构的拼合桥,一座服役了五十年的老桥。它在什么状态下算是‘正常’?这个问题你回答不了,你的算法也回答不了。”
姚晴沉默了一下。陈维说得对。这是她的方案最薄弱的环节。她硕士论文里的算法是在标准数据集上训练的,那些数据来自新建的、健康的、结构简单的桥。狮子林桥不标准,不新建,不健康,不简单。它是一座有故事的桥。
“所以我想加一个东西。”姚晴说,“在训练数据里,加入历史巡检的记录。”
陈维抬头看她。
“狮子林桥从2003年顶升到现在,做了多少次巡检?每次巡检的报告里都有照片、有裂缝记录、有工程师的判断。这些记录是人工的,是主观的,但它们包含了二十年的经验。我把这些记录数字化,让AI去学习——不仅仅是学习裂缝长什么样,而是学习工程师为什么把这条裂缝判定为‘轻微’、把那一条判定为‘需关注’。这是经验的学习,不是简单的图像识别。”
陈维把铅笔拿起来,在手里转了一圈。
“你从哪弄到这些记录?”
“我去找。”姚晴说,“我问了档案室,狮子林桥的养护资料在城建档案馆有存档。我打算去调出来,一页一页看。”
陈维看了她一会儿。然后他把铅笔放下来,在计算书的空白处写了一个字:“准”。
“你先做方案。”他说,“时间够的话,去档案馆的事我帮你协调。”
散会之后,姚晴回到工位,把陈维的那句“准”字记在了手机备忘录里。她靠在椅背上,看着窗外的海河。远处有一艘游船从解放桥的方向开过来,船尾拖着一条白色的水线,慢慢消失在楼群的缝隙里。
她打开抽屉,里面放着爷爷的笔记本。她每天上班都会带着,但从来没在工位上打开过。今天她翻到了中间一页,爷爷画了一张桥的草图。线条有些歪,但结构比例是对的——一个拱,两边各一个桥台,拱上面是桥面。旁边标注了几个数字,字迹很潦草,看不太清。但在草图的下面,有一行字,姚晴之前没有注意到。字很小,是用铅笔写的,已经有些模糊了:
“桥修好了要有人看着。没人看着,再好的桥也会坏。”
姚晴盯着这行字看了一会儿。爷爷说的“看着”,是巡检,是养护,是日复一日地盯着桥有没有变化。他那时候靠眼睛看,靠手摸,靠经验判断。现在她有了传感器,有了算法,有了AI。但“看着”这件事本身没变。变的只是“看”的方式。
她合上笔记本,放进抽屉。然后打开电脑,新建了一个文件夹,命名为“狮子林桥监测方案”。在里面建了第一个文档,打了第一行字:
“监测对象:狮子林桥。建成时间:1974年。顶升时间:2003年。当前状态:服役中。”
她想了想,在这行字的下面又加了一行:
“爷爷曾经在天津桥梁公司工作过。他没有修过这座桥。但他修过的那些桥,需要有人看着。”
然后她按了保存,开始写方案的第一节。窗外海河上的光还在,亮亮的,落在工位的键盘上,落在她敲字的手指上。
作者有话说
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第4章 项目组