Emberként a testünk folyamatosan visszajelzéseket és érzékszervi jelzéseket ad, amelyek figyelmeztetnek, ha valami nincs rendben. Sajnos az épített környezetünket nem ilyen egyszerű ellenőrizni.
Egy kificamodott boka feketére és kékre színeződik, feldagad, és jégpakolás után kell néznünk. Az orrfolyásra és a torokfájásra azonnal reagálunk egy adag megfázás elleni gyógyszerrel, forró teával és húslevessel. Tudjuk, ha túl sok pizzát ettünk. Az embereknek vannak korlátaik, és a rendszerünk gondoskodik arról, hogy ne lépjük túl a határt. Amikor jelzést kapunk arról, hogy a testünk nem működik 100 százalékosan, általában gyorsan dolgozunk azon, hogy orvosoljuk a problémát okozó okot. Az a sok rendszer, amely életben tart minket, folyamatosan együttműködik és jeleket küld nekünk – azt üzeni, hogy lassítsunk, pihenjünk, tegyük le azt a második tál jégkrémet –, hogy egészségesek maradjunk és elkerüljük a sérüléseket.
Sajnos az épített környezetünket nem ilyen egyszerű ellenőrizni. Ez azonban megváltozhat, ha az Eloque nevű vállalat sikeresen fejleszti tovább egyedülálló híd- és eszközfelügyeleti megoldását. Az Egyesült Államokban a hidakat legalább kétévente egyszer ellenőrizni kell. A kritikus állapotban lévő hidakat akár hathavonta is ellenőrizhetik, de még ez sem biztos, hogy ez elegendő, ahogy azt egy töréskritikus híd katasztrofális összeomlása is bizonyította Pittsburghben az idei év elején. Az Egyesült Államokban több ezer rossz állapotban lévő híd van, amelyek mindegyike naponta különböző mértékű meghibásodást szenved. „Az évente elvégzett ellenőrzés nagyszerű, de a rossz állapotban lévő hidak meghibásodásának sebességét megjósolni még mindig lehetetlen feladat. Az egész projektet a meglévő építmények köré fejlesztették ki, amelyek közül néhány 100 éves is lehet. Erre kell összpontosítani. A régi hidakat gyakran túltervezték a korukhoz képest, de az évek során rengeteg változás történt – a járművek mérete, súlya és hossza megnőtt. Megnőtt a forgalom volumene. Az időszakos ellenőrzések csak kétévente adnak egy pillanatfelvételt – mint az embereknél a kétévente elvégzett orvosi vizsgálat. A testünk két év alatt megváltozik. Ahogy az infrastrukturális eszközök is. Az iparágnak valós idejű, pontos, adatvezérelt információforrásra van szüksége” – magyarázta az Eloque vezérigazgatója, Campbell Rose.
Központi idegrendszer egy hídon
A hídvizsgálatok értékesnek bizonyulnak a szerkezet állapotának és állapotromlásának felmérése szempontjából, de csupán egy képet mutatnak az időben. Az ellenőrök és a mérnökök nem kapnak folyamatos adatfolyamot, amely tájékoztatná őket arról, hogy a híd hogyan viselkedik az év azon 364 napján, amikor nem ellenőrzik. Visszajelzés nélkül nem lehet értékelni, hogy a híd mennyire bírja a terheléssel járó igénybevételt, nem lehet megjósolni, hogy katasztrofális meghibásodás fenyeget-e, és nem lehet a valós idejű viselkedési adatok híján jobban megtervezni a megelőző karbantartást. Egy olyan megoldás, amely lehetővé teszi a hidak mindennapi reakcióinak és viselkedésének megértését, „isteni ajándék” lenne az iparág számára, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy jobb döntéseket hozzanak, előre jelezzék a romlási folyamatokat és megállítsák a meghibásodásokat, mielőtt azok bekövetkeznének, miközben a közlekedési ügynökségek számára is lehetővé tenné erőforrásaik jobb elosztását.
Az Eloque száloptikai vezetékeket használ, hogy adatokat tápláljon egy analitikus modellbe, amely segít értelmezni a híd mindennapi viselkedését és állapotát. Az ausztráliai Viktória állam közlekedési vállalatával együttműködve 12 hídra telepített távérzékelő és megfigyelő eszközöket. A megfigyelő eszközök alig több mint hajszálvékony drótok, amelyek mérik a feszültséget, a hőmozgásokat, a nyomaték miatti hajlítást, az élő terhelésre adott választ, a vibrációt és a belső korróziót. Az érzékelők az adatokat egy fejlett analitikus modellbe és egy műszerfalra továbbítják, amely valós időben frissül, és a híd tulajdonosai (kezelői) bármikor megtekinthetik. Az adatok és a műszerfal valós idejű jellege lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy gyorsan reagáljanak, ha egy híd megsérült, vagy, hogy felmérjék egy természeti katasztrófa, például egy hurrikán vagy földrengés hatásait. Ezek a vezetékek a híd központi idegrendszerévé válnak, és tájékoztatják a statikusokat a híd viselkedésében és a terhelésre adott reakciójában bekövetkező apró változásokról, amelyek komolyabb károsodást jelezhetnek. A vezetékek egyszerűen felszerelhetők a hidakra – a folyamat nem bonyolultabb, mint a vezetékek felhelyezése a híd felépítményének aljára -, és gyorsan bővíthetők egy átfogó eszközhálózat kiépítéséhez. A vállalat először arra összpontosít, hogy termékét a régebbi hidakra telepítsék, ahol jelenleg nagy szükség van rá, de a szálak egy napon az új hidaknál is szabványos építési elemmé válhatnak.
Hogyan működik?
A hídmozgásokat mérő nyúlásmérők és hasonló eszközök már évtizedek óta léteznek, de nem nyújtanak olyan kifinomult, valós idejű adatokat, illetve nem adnak olyan mértékű, a híd általános viselkedéséről szóló, használható betekintést, mint ez a megoldás. Vannak olyan rendkívül összetett eszközök és rendszerek is, amelyeket a hidak megfigyelésére lehet telepíteni, és amelyek vezeték nélkül továbbítják az adatokat egy központi irányítóközpontba, de ezek közül egyik lehetőség sem felel meg az eszközhálózatban történő széles körű telepítéshez szükséges összes feltételnek. A legalapvetőbb nyúlásmérők ugyanolyan gyorsan telepíthetők, mint az Eloque drótja, de nem rendelkeznek ugyanolyan analitikus képességekkel. Ezzel szemben a mozgások, rezgések vagy terhelésre adott válaszok mérésére alkalmas csúcstechnológiás eszközök költségesek és nem skálázhatók több száz vagy ezer hídra. Ez a megoldás a szabványos nyúlásmérők egyszerű telepítésének és a bonyolult mérőeszközök számítási teljesítményének tökéletes ötvözése. Praktikus a kisebb vidéki hidak nagy hálózatára történő telepítéshez, amelyeket nem gyakran ellenőriznek. Ezek azok a hidak, amelyek nincsenek szem előtt, nincsenek észben – ellentétben az olyan ikonikus szerkezetekkel, mint a Golden Gate híd vagy a Sydney Harbor Bridge, amelyeket éjjel-nappal ellenőriznek. Bár a megoldás egyszerűnek tűnik, minden más, csak nem az. Ez az új fejlesztésű platform a szerkezetépítés, a számítási módszerek és a mesterséges intelligencia legkiválóbb elméi által eltöltött több ezer munkaóra eredményeként működik. Ozan Celik, az Eloque vezető szerkezeti elemző mérnöke szerint „Ezeket a hidakat mind az alkatrészek – gerendák, támaszok, fedélzetek, gerendák – mind a globális viselkedés szintjén vizsgáljuk. Mivel rengeteg érzékelési pont van egy szálon, a híd minden egyes komponensét úgy nézzük, mint egy végeselemes modell kimenetét, ahol megterheljük a rendszert, megnézzük a komponenseket, mint egy hőtérképet, majd megnézzük, hogy hol oszlanak el a feszültségek és a feszültségek. Mi a tényleges teljesítmény oldaláról vizsgáljuk, mert néha a valós élet egészen más, mint az elméleti tervezés. Néha az alkotóelemek és a szerkezet viselkedése kicsit más lehet. A két oldal megértése között szakadék tátongott, ezért ezt a szakadékot próbáljuk áthidalni a híd tényleges viselkedéséből vett adatokkal.” Elegendő adat birtokában a fejlesztők úgy vélik, hogy a rendszer képes lesz a híd viselkedésének előrejelzésére a szerkezetek tipikus osztályaiban és kategóriáiban, különösen a leggyakoribbnak számító egyszerű támaszközű szerkezetekben. A végső cél az, hogy képesek legyenek hatékonyan modellezni és megjósolni a hidak viselkedését. Az ausztráliai kísérleti projektek az érzékelők olyan módon történő telepítésére összpontosítottak, amely a leghatékonyabban rögzíti a hajlítónyomatékot, a nyíróerőket és a lehajlásokat, amelyeket olyan kulcsfontosságú teljesítménymutatók kidolgozására használnak majd, amelyeket az érdekeltek a hidak értékeléséhez és a karbantartás megtervezéséhez használhatnak.
Az előttünk álló út
Az Eloque terve az, hogy 2022 végére Ausztráliában több mint 100 hídra növelik a telepítést, míg az Egyesült Államokban kísérleti projekteket indítanak. A technológiát először hidakon fogják alkalmazni, olyan öregedő, egynyílású szerkezeteket célozva meg, amelyeknél a távfelügyelet segítségével a legnagyobb a diagnosztizálási és kezelési lehetőség. A hidakon túlmenően szóba jöhetnek a vasútvonalak, autópályák, bányászati létesítmények, gátak és víztározók, alagutak, illetve kikötők – a lista szinte korlátlanul folytatható. Jelenleg azonban a hangsúly szigorúan a hidakon van. Új „felügyeleti képességek” kifejlesztésén is dolgoznak, például a kloridszintek ellenőrzésén, ami szintén nagy gondot jelent a betonszerkezetek esetében. A következő nagy akadályt a hídipar meggyőzése jelenti, amely iparág némileg óvatos az új ellenőrzési technológiákkal szemben, de Rose úgy véli, hogy az Eloque monitoringját nem arra tervezték, hogy helyettesítse a rutinszerű hídellenőrzéseket, hanem inkább kiegészítse azokat, és segítsen abban, hogy kifinomultabbá váljanak: „Lehet, hogy a hídmester csak hetente egyszer kapja meg az adatokat. Nem kell feltétlenül minden másodpercben monitorozni. Oda irányítja a figyelmét, ahol rendellenes terhelés alakul ki. Ahelyett, hogy az egész hidat megnéznénk, a végponttól végpontig tartó megoldás a gerenda egy adott pontjára összpontosíthat. Ez a megoldás közvetlen információt ad az ellenőrnek, hogy pontosan tudja, hova kell mennie, amint a terepre ér.”
Forrás: https://www.engineering.com/story/eloques-solution-for-aging-infrastructure-moves-into-high-gear
