橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是保障長大橋梁安全運(yùn)行的“數(shù)據(jù)中樞”，是公路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的重要內(nèi)容，是推動公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理高質(zhì)量發(fā)展的有效途徑。按照工作部署，2020年底，交通運(yùn)輸部出臺了《關(guān)于進(jìn)一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》，為做好相關(guān)工作，2021年上半年，相繼印發(fā)《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施方案》《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)技術(shù)指南》等文件，提出了2025年底前我國將實(shí)現(xiàn)跨江跨海跨峽谷等長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)全面建立的目標(biāo)，明確了“安全第一、預(yù)防為主，明確責(zé)任、分級管理，突出重點(diǎn)、分步實(shí)施，單橋監(jiān)測、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行”的原則。從監(jiān)測內(nèi)容、測點(diǎn)布設(shè)、監(jiān)測方法、監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等方面指導(dǎo)和規(guī)范橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)、維護(hù)和應(yīng)用。
綜合考慮橋型、系統(tǒng)新改建等因素，交通部公路局在全國范圍內(nèi)挑選了下列11座大橋，開展結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)，著力防范化解公路長大橋梁運(yùn)行安全風(fēng)險。
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1.九江長江大橋（江西）
2.江陰長江公路大橋（江蘇）
3.銅陵長江公路大橋（安徽）
4.太平湖特大橋（安徽）
5.壩陵河大橋（貴州）
6.大渡河特大橋（四川）
7.嘉紹跨海大橋（浙江）
8.遼河大橋（遼寧）
9.江順大橋（廣東）
10.宜昌長江公路大橋（湖北）
11.滹沱河特大橋（河北）
參與此次試點(diǎn)工程的橋梁來自十個省份，部分大橋是對運(yùn)營多年的原有系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，其余部分大橋?yàn)槭状芜\(yùn)用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。按交通運(yùn)輸部的部署，這批橋梁將于今年年底完成系統(tǒng)建設(shè)并陸續(xù)開始投入使用。為了解這項(xiàng)頗受關(guān)注項(xiàng)目的階段性進(jìn)展情況，本刊對其中部分試點(diǎn)橋梁的管養(yǎng)單位進(jìn)行了采訪。
籌備與布測
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是應(yīng)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、系統(tǒng)集成與通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)，結(jié)合風(fēng)險管理理論，通過監(jiān)測橋梁所受荷載作用與環(huán)境變化、結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息，在綜合分析監(jiān)測及檢測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，評估橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能和安全狀態(tài)。因其能為橋梁運(yùn)營管理決策和養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)，自問世以來，備受國內(nèi)管養(yǎng)單位的青睞。在過去的20年間，幾百座大跨徑橋梁陸續(xù)建成結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。由于受多種因素的制約，我國不少橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)營狀況不甚理想，有的故障頻出，難以正常地履行監(jiān)測的職責(zé)；還有些系統(tǒng)“看起來很美”，但已被閑置，淪為擺設(shè)。有鑒于此，交通運(yùn)輸部今年進(jìn)行總體規(guī)劃，統(tǒng)一系統(tǒng)建設(shè)、維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)等，并要求試點(diǎn)橋梁管養(yǎng)單位按照“一橋一策”的原則，制訂系統(tǒng)實(shí)施的具體方案。
管養(yǎng)單位在為橋梁設(shè)立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)之前，需要進(jìn)行調(diào)研和準(zhǔn)備。“我們邀請監(jiān)測方案編制單位對九江大橋進(jìn)行調(diào)研，調(diào)研內(nèi)容包括該橋的建設(shè)設(shè)計(jì)方案、橋梁加固改造方案、橋梁檢測報(bào)告以及現(xiàn)場勘查等。目的是為讓對方了解該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以便能夠有針對性地開展監(jiān)測方案設(shè)計(jì)。”負(fù)責(zé)九江長江大橋公路橋運(yùn)營的江西贛鄂皖路橋投資有限公司的相關(guān)負(fù)責(zé)人如是說。
除了進(jìn)行必要的分析和論證之外，有的單位未雨綢繆，在設(shè)計(jì)，施工階段就作了相應(yīng)的規(guī)劃，為在運(yùn)營期設(shè)立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。據(jù)四川雅康高速公路有限責(zé)任公司（以下簡稱雅康高速）副總經(jīng)理吳斌介紹，早在大渡河特大橋施工過程中，根據(jù)大橋兩岸不同的地質(zhì)特點(diǎn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選擇了一些典型斷面，在雅安岸隧道錨內(nèi)預(yù)埋了圍巖壓力計(jì)，并于康定一側(cè)做了深孔位移監(jiān)測，對重點(diǎn)的地質(zhì)情況進(jìn)行記錄。
壩陵河大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)與橋梁幾乎同步建成，此次該橋按照交通運(yùn)輸部的部署，需對原系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。貴州高速公路集團(tuán)有限公司營運(yùn)事業(yè)部安順中心（以下簡稱貴州高速安順中心）的一位負(fù)責(zé)人表示，他們前期開展的工作是，翻閱原監(jiān)測系統(tǒng)的圖紙，現(xiàn)場排查原系統(tǒng)現(xiàn)狀等。
除前期加緊籌備外，一些橋梁已開始了重點(diǎn)布測工作。
任何一套結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)均需根據(jù)橋型、材料、地理位置、環(huán)境氣候等因素定制，同時結(jié)合橋梁實(shí)際運(yùn)營需求來確定不同的監(jiān)測內(nèi)容、選用相匹配的傳感器、確定關(guān)鍵監(jiān)測截面等。從表1可以看出，主梁撓度、支座位移、橋面溫濕度、吊索索力等為幾座試點(diǎn)橋梁重點(diǎn)監(jiān)測的參數(shù)指標(biāo)。銅陵長江公路大橋管理處的負(fù)責(zé)人指出，該橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合結(jié)構(gòu)和風(fēng)險點(diǎn)布設(shè)測點(diǎn)，并根據(jù)大橋最新檢查結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)薄弱部位及關(guān)鍵部位的監(jiān)測。他們還委托實(shí)施單位，進(jìn)行軟件系統(tǒng)的定制化開發(fā)，增加了一些個性化的功能，同時還優(yōu)化了人機(jī)操作的友善性。雅康高速的吳斌告訴記者，大渡河特大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的定制主要體現(xiàn)在三個方面：“一是系統(tǒng)總體架構(gòu)，采用兩級部署，除可在本橋橋址附近設(shè)置服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)訪問外，還打通了與省級平臺的接口，監(jiān)測數(shù)據(jù)還與BIM管養(yǎng)平臺進(jìn)行對接，為信息共享提供了示范。二是在功能方面，除了關(guān)注橋址環(huán)境、交通狀況、結(jié)構(gòu)響應(yīng)外，還在錨室、塔頂?shù)戎匾课徊紲y，充分保障橋梁運(yùn)營安全。三是監(jiān)測內(nèi)容方面，側(cè)重于峽谷風(fēng)、強(qiáng)地震對大橋結(jié)構(gòu)安全的影響，加密了風(fēng)場環(huán)境監(jiān)測和結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)監(jiān)測。”
圖1 系統(tǒng)升級改造中添置的傳感器
作為橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，傳感器的選擇較為引人注目。目前常用的傳感器類型包括光纖光柵應(yīng)變計(jì)、加速度計(jì)、溫濕度儀、傾角儀、超聲風(fēng)速儀等（見表1）。此前，一些管養(yǎng)單位一味追求購置價格昂貴、靈敏度高的傳感器，曾在業(yè)內(nèi)引起爭議。如今，試點(diǎn)橋梁的有關(guān)人員在物色傳感器時，則更加理性。貴州高速安順中心的相關(guān)負(fù)責(zé)人談道：“選擇傳感器重點(diǎn)考慮測量范圍、靈敏度、誤差、采樣頻率等技術(shù)參數(shù)要求，且必須滿足交通運(yùn)輸部的指南要求。”在此基礎(chǔ)上，江蘇揚(yáng)子江高速通道管理有限公司江陰大橋管理處副處長孫洪濱作了補(bǔ)充，他認(rèn)為還必須關(guān)注傳感器耐久性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，以便于日常養(yǎng)護(hù)中的及時維修和更換。
新老系統(tǒng)的交融與升級
搭建橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，雖然管養(yǎng)單位事先做足了“功課”，但在實(shí)施過程中，不可避免地面臨一些挑戰(zhàn)。九江長江大橋是公鐵兩用橋，在橋上施工以及系統(tǒng)后期運(yùn)營時，還必須兼顧鐵路行車的安全。“這對系統(tǒng)建設(shè)過程中的設(shè)備安裝、布線工藝提出了更高的要求。面對這些困難，我們邀請技術(shù)單位提出多種施工組織方案，并且與鐵路管養(yǎng)部門專家進(jìn)行多次溝通，對施工方案進(jìn)行評估，以確保系統(tǒng)運(yùn)行過程中設(shè)備安裝的穩(wěn)定性與可靠性。”江西贛鄂皖路橋投資有限公司的相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者坦言。
銅陵長江大橋的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)已運(yùn)營了十年，設(shè)備的故障率增高，更換設(shè)備及使新增設(shè)備順暢地融入原有系統(tǒng)為其升級改造工作的重點(diǎn)，也是一個難點(diǎn)。根據(jù)銅陵長江公路大橋管理處相關(guān)負(fù)責(zé)人的描述，他們在設(shè)計(jì)階段，經(jīng)過研究，按照分布趨勢數(shù)據(jù)采集傳輸方案，采用成熟技術(shù)產(chǎn)品和最新的基于工業(yè)以太網(wǎng)同步技術(shù)的信號采集設(shè)備，確保更換及新增設(shè)備數(shù)據(jù)采集與傳輸能夠順暢地融入原有系統(tǒng)。在更換設(shè)備數(shù)據(jù)繼承性的處理方面，對于原系統(tǒng)中仍發(fā)揮作用的設(shè)備，在更換過程中，首先將新設(shè)備與原設(shè)備并行運(yùn)行一段時間，實(shí)現(xiàn)對新設(shè)備與原設(shè)備參數(shù)的集成；而對于完全喪失功能的設(shè)備，則采用數(shù)據(jù)分析判別方法，設(shè)法獲取新設(shè)備的輸入?yún)?shù)，在其運(yùn)行一段時間后，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及新設(shè)備采集設(shè)備的數(shù)據(jù)開展分析，進(jìn)一步校準(zhǔn)新增設(shè)備基準(zhǔn)輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)對原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的繼承。
江陰大橋?qū)⒂瓉斫Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的第四次升級改造，談及在設(shè)計(jì)階段遇到的一些技術(shù)難題，孫洪濱介紹，“例如計(jì)劃增加的主纜線形的監(jiān)測設(shè)備將影響大橋日常養(yǎng)護(hù)，主纜內(nèi)部溫濕度無法實(shí)現(xiàn)無損監(jiān)測，吊索斷絲監(jiān)測暫無經(jīng)濟(jì)有效的措施。此外，數(shù)百個測點(diǎn)的優(yōu)化也是一道技術(shù)難關(guān)，我們通過設(shè)計(jì)討論和專家評審的方式，最終找到一項(xiàng)成本較低的方案，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測最完善的指標(biāo)。而如何根據(jù)大橋結(jié)構(gòu)特征和病害記錄，選擇合理的監(jiān)測參數(shù)反映結(jié)構(gòu)損傷或退化過程以及結(jié)構(gòu)安全的狀態(tài)，同時能給出各監(jiān)測指標(biāo)的預(yù)警閾值體系，則是設(shè)計(jì)過程中需要深度挖掘與解決的技術(shù)難點(diǎn)。”在他眼中，要想讓這些問題迎刃而解，絕非易事。而如何保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、傳輸和分析的長期穩(wěn)定性，成為一項(xiàng)更為艱巨的任務(wù)。
強(qiáng)化監(jiān)測防風(fēng)險
交通運(yùn)輸部開展本次橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)的初衷，無疑旨在提升大橋的安全及耐久性。該系統(tǒng)對橋梁延壽所起的作用，各單位在應(yīng)用過程中也深有體會。銅陵長江大橋管理處的相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，其作用體現(xiàn)在以下幾方面：首先系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)界面動態(tài)數(shù)據(jù)展示功能，便于管養(yǎng)人員掌握橋梁最新運(yùn)行狀態(tài)；其次，系統(tǒng)對不利環(huán)境參數(shù)及結(jié)構(gòu)異常響應(yīng)發(fā)出實(shí)時報(bào)警，提醒大橋管養(yǎng)人員及時發(fā)現(xiàn)異常情況，輔助應(yīng)急決策及災(zāi)后評估工作的實(shí)施；第三，系統(tǒng)建設(shè)秉持“全壽命周期”的理念，積累橋梁全壽命周期內(nèi)的全數(shù)據(jù)要素，并在此基礎(chǔ)上基于“預(yù)防性”養(yǎng)護(hù)理念開展分析評估，對結(jié)構(gòu)運(yùn)營環(huán)境、結(jié)構(gòu)靜動力響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及專項(xiàng)分析工作，指導(dǎo)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；第四，通過數(shù)據(jù)分析，幫助管養(yǎng)人員充分掌握關(guān)鍵構(gòu)件安全性能與使用性能，實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)營狀態(tài)監(jiān)管。
那么，當(dāng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)大橋出現(xiàn)異常后，管養(yǎng)單位會采取什么養(yǎng)護(hù)措施呢？關(guān)于這個問題，孫洪濱給記者舉了一個例子：“依托江陰大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)2005年升級改造后專門布置的梁端拉繩式位移計(jì)，我們對伸縮縫位移長期監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，伸縮縫不僅在溫度作用下以天為周期進(jìn)行來回運(yùn)動，而且還在車輛及風(fēng)荷載的影響下，每分鐘產(chǎn)生厘米級的縱向位移，這一運(yùn)動形態(tài)會造成大量的位移累積量，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，而且無法通過人工檢查發(fā)現(xiàn)。基于上述分析，我們對大橋伸縮縫進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，采用更耐磨的滑塊材料，同時增設(shè)梁端縱向阻尼器抑制車輛荷載沖擊等，大幅延長了伸縮縫使用壽命”。
圖2 對螺栓的監(jiān)測
對大跨徑鋼結(jié)構(gòu)橋梁而言，所使用的高強(qiáng)度螺栓容易受到溫度及材料蠕變等因素的影響，其預(yù)緊力會發(fā)生一些變化，故而對它的監(jiān)測始終是一道難關(guān)。據(jù)了解，浙江嘉紹大橋發(fā)展有限公司在全國率先采用高強(qiáng)螺栓電子監(jiān)測技術(shù)，并于今年啟動剛性鉸螺栓電子監(jiān)測系統(tǒng)。在嘉紹大橋關(guān)鍵構(gòu)件剛性鉸的固定端選取16個螺栓進(jìn)行實(shí)時無損監(jiān)測，以此分析研判剛性鉸固定端約8000個螺栓的受力狀況，防止其脫落或斷裂等意外發(fā)生。
在本次橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)試點(diǎn)中，因多數(shù)試點(diǎn)橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)營多年，故對其升級改造成為主旋律。改造實(shí)施的方案通常會根據(jù)交通運(yùn)輸部技術(shù)指南的要求，增設(shè)新的測點(diǎn)、添置傳感器，增加對一些新的參數(shù)指標(biāo)的監(jiān)測。按照雅康高速副總經(jīng)理吳斌的解釋，大渡河特大橋原結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)未充分考慮橋址地震烈度高、邊坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險突出、山區(qū)風(fēng)場環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，故在此次升級中，重點(diǎn)補(bǔ)充對地震、風(fēng)致振動、高陡邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測和智能分析，以期達(dá)到防控風(fēng)險的目的。孫洪濱強(qiáng)調(diào)，江陰長江公路大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)升級改造項(xiàng)目的實(shí)施，可有效解決目前監(jiān)測系統(tǒng)中一些老、舊設(shè)備造成的監(jiān)測數(shù)據(jù)異常、缺失等問題。系統(tǒng)升級改造后將增加269項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)，主要包括結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫濕度、鋼結(jié)構(gòu)溫度、地震監(jiān)測、支座位移、塔頂水平振動、引橋鋼桁架應(yīng)變等10類，提升了系統(tǒng)的感知維度與多源性，完善了其監(jiān)測指標(biāo)體系，為結(jié)構(gòu)異常報(bào)警、預(yù)警和狀態(tài)評估提供了更為豐富的多源數(shù)據(jù)支撐。同時，其系統(tǒng)平臺的升級可有效提升監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸效率，也將增強(qiáng)多源數(shù)據(jù)融合分析能力和展示功能，還可根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果直接給出初步的管養(yǎng)措施。另外，記者獲悉， 嘉紹大橋在原有67座航標(biāo)的基礎(chǔ)上，安裝虛擬電子圍欄，探索解決水上安全預(yù)警難題；他們還升級視頻監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用橋上222路高清攝像機(jī)，每30分鐘進(jìn)行一次電子巡邏，實(shí)現(xiàn)橋面24小時實(shí)時監(jiān)管。
維養(yǎng)有道
長大橋梁一般身處復(fù)雜的環(huán)境條件，而結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)所采用的設(shè)備和元件，比較“嬌氣”，極易受到外界因素的干擾，會影響到系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故而對其進(jìn)行日常維護(hù)與保養(yǎng)至關(guān)重要。“與大橋主體結(jié)構(gòu)不同，監(jiān)測系統(tǒng)的故障具有偶發(fā)性和零散性的特點(diǎn)。因此，對壩陵河大橋的傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸設(shè)備、供配電及電力監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)及通信設(shè)備等的維護(hù)，主要依靠日常性的預(yù)防性檢查，內(nèi)容則主要涉及維修更換故障設(shè)備和線路、對監(jiān)測系統(tǒng)各設(shè)備的清潔保養(yǎng)及系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)，并按季度、年、特殊事件出具相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)告。”貴州高速安順中心的相關(guān)負(fù)責(zé)人與記者分享了他們系統(tǒng)維養(yǎng)的方法。
而江陰大橋管理處則選擇專業(yè)維護(hù)單位，對該橋健康監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行情況實(shí)施遠(yuǎn)程巡查、日常養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急保障和數(shù)據(jù)分析等工作。“原則上，遠(yuǎn)程巡查頻率每周至少1次；日常養(yǎng)護(hù)包括軟件和硬件兩部分，主要側(cè)重于維護(hù)數(shù)據(jù)采集軟件、傳輸軟件等，確保系統(tǒng)軟件正常工作，還對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行現(xiàn)場檢查，全年不少于12次，檢查系統(tǒng)設(shè)備及配件的完好率、運(yùn)行狀況和設(shè)備性能等，并定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份；在大風(fēng)、地震、擁堵等特殊情況下，開展應(yīng)急監(jiān)測與系統(tǒng)硬軟件應(yīng)急檢查，確保系統(tǒng)正常運(yùn)營，對重要設(shè)備故障及時搶修；我們每個月對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并編制年度維護(hù)工作報(bào)告，并對失效的軟件或硬件，提出解決方案。”孫洪濱進(jìn)一步作出解釋。
記者在采訪中了解到，目前多數(shù)試點(diǎn)橋梁的管養(yǎng)單位，對其結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)均實(shí)施自行維養(yǎng),讓養(yǎng)護(hù)工作人員盡快熟練使用系統(tǒng),成為一門“必修課”。貴州高速安順中心的相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施單位將編制《系統(tǒng)硬件手冊》《系統(tǒng)軟件手冊》,并在系統(tǒng)通過集成調(diào)試,移交給他們之前,對其軟件操作和現(xiàn)場系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行系統(tǒng)使用、維護(hù)及信息解讀的集中技術(shù)培訓(xùn)。除通用流程外,有的管養(yǎng)單位還會建立討論群，針對系統(tǒng)日常管養(yǎng)的應(yīng)用過程中出現(xiàn)的疑問，讓養(yǎng)護(hù)人員及時溝通，商討解決之策。而隨著監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，也給養(yǎng)護(hù)企業(yè)的管理方面帶來一些積極的變化。“技術(shù)的進(jìn)步必將推動管養(yǎng)模式的創(chuàng)新,例如原有橋面低速巡查的內(nèi)容,可結(jié)合結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的視頻攝像機(jī)進(jìn)行視頻巡檢,減少人工作業(yè)；而針對地震突發(fā)狀況，通過結(jié)構(gòu)響應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時查看是否存在結(jié)構(gòu)損傷，為地震后橋梁的安全評估和恢復(fù)交通提供依據(jù)。我們將與技術(shù)服務(wù)單位建立聯(lián)合巡查機(jī)制，進(jìn)一步優(yōu)化大橋管理模式。”雅康高速的吳斌給出中肯的評價。
期盼系統(tǒng)日臻完善
按照業(yè)內(nèi)一些人士的觀點(diǎn)，作為橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的核心環(huán)節(jié)，目前數(shù)據(jù)的挖掘工作總體較為薄弱，致使采集的海量數(shù)據(jù)堆積。對于這種說法，有的管養(yǎng)單位表示確有苦衷。“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器為‘點(diǎn)式’分布，雖然采集的數(shù)據(jù)連續(xù)，但大數(shù)據(jù)快速分析依然存在困難，很難在海量數(shù)據(jù)中迅速地尋找不同響應(yīng)之間的相關(guān)性。”江陰大橋管理處孫洪濱的語氣中有些無奈。而江西贛鄂皖路橋投資有限公司的相關(guān)負(fù)責(zé)人指出，當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在的問題是，在實(shí)施過程中重設(shè)計(jì)輕施工、重傳感器輕后端、重實(shí)施輕維護(hù)、重?cái)?shù)據(jù)采集輕分析。他們會根據(jù)《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)技術(shù)指南》中的要求把好質(zhì)量關(guān)，尤其在數(shù)據(jù)挖掘工作方面，將針對九江大橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用大數(shù)據(jù)、人工智能等方法開展數(shù)據(jù)分析。結(jié)合大渡河特大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)，吳斌告訴記者，其系統(tǒng)具備監(jiān)測數(shù)據(jù)在線分析功能，可提取一些關(guān)鍵指標(biāo)，形成日報(bào)表；對于長期的變化趨勢和地震、大風(fēng)天氣下的異常分析，主要通過數(shù)據(jù)分析報(bào)告加以補(bǔ)充。后期可結(jié)合邊坡、除濕、巡檢系統(tǒng)的檢監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，將監(jiān)測信息、日常管養(yǎng)流程和特殊事件下的應(yīng)急管理進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提高數(shù)據(jù)應(yīng)用價值。他還建議，管養(yǎng)單位可有條件地開發(fā)數(shù)據(jù)接口，供研究機(jī)構(gòu)和高校分析，更好地挖掘數(shù)據(jù)的價值。
根據(jù)《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)試點(diǎn)建設(shè)技術(shù)指南》，此次試點(diǎn)工程系統(tǒng)升級改造中的軟件采集和數(shù)據(jù)存儲的格式均按交通運(yùn)輸部制定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)加以實(shí)施，銅陵長江公路大橋管理處的相關(guān)負(fù)責(zé)人認(rèn)為，此舉有利于實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測平臺之間的互聯(lián)互通及區(qū)域化一體監(jiān)管，避免了數(shù)據(jù)孤島的出現(xiàn)。同時針對同類型橋梁采用大數(shù)據(jù)手段，開展類比、相關(guān)性分析及專項(xiàng)研究等項(xiàng)工作，從而掌握某類橋梁運(yùn)行特點(diǎn)，為大橋設(shè)計(jì)、管養(yǎng)提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)支撐。此外，按交通運(yùn)輸部的要求，此次列入試點(diǎn)工程的大橋監(jiān)測系統(tǒng)將來必須和省部級平臺聯(lián)網(wǎng)，因此他們在已有系統(tǒng)基礎(chǔ)上引用RPC（遠(yuǎn)程過程調(diào)用協(xié)議）技術(shù)，開發(fā)數(shù)據(jù)接口軟件，實(shí)現(xiàn)該軟件與原系統(tǒng)的一體化融合。
圖3 調(diào)研試點(diǎn)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)
對于橋梁養(yǎng)護(hù)而言，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)只是一個輔助工具，無法解決養(yǎng)護(hù)中的所有問題，需結(jié)合橋梁傳統(tǒng)檢查檢測手段，共同發(fā)揮作用。利用無人機(jī)結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的智能檢測方法可有效提高檢測效率，對養(yǎng)護(hù)人員無法達(dá)到或不容易檢測之處可進(jìn)行及時的檢查。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測能實(shí)時監(jiān)測結(jié)構(gòu)的安全狀況，但仍有很大的提升空間。通過橋梁結(jié)構(gòu)模型的力學(xué)分析可以將檢測與監(jiān)測技術(shù)加以結(jié)合，建立監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)一體化的系統(tǒng)框架，從橋梁構(gòu)件的層面，將實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果與結(jié)構(gòu)定期檢測進(jìn)行對比驗(yàn)證，將檢（監(jiān)）測數(shù)據(jù)融合進(jìn)行結(jié)構(gòu)的安全評估分析，可有效提高橋梁養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。”江西贛鄂皖路橋投資有限公司的相關(guān)負(fù)責(zé)人發(fā)表他的見解。大渡河特大橋通車剛滿3年，目前日常管養(yǎng)中出現(xiàn)的問題，主要為橋面欄桿、鋪裝層上的表面病害，尚未影響結(jié)構(gòu)。對于表觀的監(jiān)測，吳斌提出應(yīng)加強(qiáng)機(jī)器視覺識別技術(shù)的應(yīng)用。他還呼吁管養(yǎng)單位開發(fā)檢監(jiān)測手機(jī)APP，將健康監(jiān)測系統(tǒng)與日常巡查流程進(jìn)行智能化關(guān)聯(lián)?？磥?，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)只有與日常巡查、智能檢測相結(jié)合，才能形成對橋梁狀況的綜合評估，更好地服務(wù)于養(yǎng)護(hù)決策。
開展橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的主要目的，在于實(shí)施掌握結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的病變及損傷情況，提前采取預(yù)防措施，進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，或科學(xué)地予以處治。事實(shí)上，我國的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)仍處于初級階段，尚無法準(zhǔn)確識別損傷發(fā)生的位置。而交通運(yùn)輸部開展長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)工程建設(shè)，側(cè)重于在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常響應(yīng)或?yàn)?zāi)害侵襲時，輔助養(yǎng)護(hù)人員采取對策，提升橋梁的安全性能。按照規(guī)劃，此次試點(diǎn)工程結(jié)束后，未來幾年，全國有幾百座橋梁將設(shè)立結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。記者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)具有較高水平的監(jiān)測系統(tǒng)服務(wù)商屈指可數(shù)，面對未來如此龐大的市場需求，如何保障大橋監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)營與維護(hù)質(zhì)量，是一個值得重視的問題。此外，如何使新舊系統(tǒng)能夠順暢對接、如何解決專業(yè)技術(shù)人員的不足，都將是管養(yǎng)單位所面臨的難題。我們期望所有新建的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)能夠得到“健康”呵護(hù)，在大橋運(yùn)營中發(fā)揮積極的作用。
(本文得到江西贛鄂皖路橋投資有限公司、四川雅康高速公路有限責(zé)任公司、貴州高速公路集團(tuán)有限公司營運(yùn)事業(yè)部安順中心、銅陵長江公路大橋管理處、江蘇揚(yáng)子江高速通道管理有限公司江陰大橋管理處的大力支持，在此致謝！同時感謝交通運(yùn)輸部公路局養(yǎng)護(hù)保通處對本文的指導(dǎo)與建議！)
本文刊載 / 《大橋養(yǎng)護(hù)與運(yùn)營》雜志
2021年 第4期 總第16期
本刊記者 / 陳暉
美編 / 趙雯
責(zé)編 / 陳暉
審校 / 李天穎 裴小吟 廖玲
