桥梁健康监测智能化发展现状

王 超 韩阿慧 曹娟丽

1中设设计集团股份有限公司（210001） 2 西安长安大学工程设计研究院有限公司（710061）

0 前言

桥梁作为交通建设系统的重要组成部分，对人类文明的发展和演化起着重要的作用。随着社会的不断发展，人们越来越关注交通安全问题。桥梁在施工阶段和成桥服役期间由于受到环境、有害物质侵蚀、车辆荷载、风荷载、地震荷载、疲劳、自身材料性能退化、人为等多种因素的影响，结构的各部分会产生不同程度的损伤和退化，安全性能存在隐患。这些问题如果不能及时解决，会对桥梁的寿命、功能及人们的安全造成很大威胁，因此对桥梁进行科学的监测显得尤为重要。

据不完全统计，我国的公路桥梁超80 万座，其中1/3 以上具有结构性缺陷和不同程度的损伤，存在功能失效的隐患。近年来，我国发生了多次重大桥梁事故，缺乏有效的监测措施和必要的维修养护措施是重要的原因之一。这些重大事故使得人们越来越关注现代桥梁的质量和使用寿命。桥梁结构的质量检测和健康监测已成为国内外学术界和工程界研究的热点[1]。

1 桥梁健康监测技术概念

健康监测技术作为一种新技术，主要通过最小的成本来监控和评估桥梁结构的技术状况，以便在桥梁结构处于特殊气候、交通状况下或桥梁严重异常运营状况时触发预警信号，并为桥梁保养、维修与管理决策提供依据和指导，有效保证结构运营的安全性。健康监测技术根据结构状态发展趋势，预测结构安全程度，或者在结构遇到突发性损伤后，评估结构安全性。应用健康监测系统,可提前掌握公路桥梁结构亚健康状态，便于尽快作出调整与维修，保障公路桥梁的正常使用[2-3]。桥梁健康监测可以通过在桥梁中设置的数据采集系统自动采集桥梁的各种状态参数，如荷载、温度、挠度、应变、振动特性等。采集到的数据经预处理后通过通信系统送到控制中心。经过数据系统分析处理得到桥梁的健康状况评估、损伤分析、剩余寿命评估、交通控制和维修决策等结论[4]。

2 桥梁健康监测内容

桥梁健康监测包括施工和运营两个阶段，施工阶段主要监测内容为:桥梁几何形态，包括高程、跨度、变形等参数；结构截面应力，包括钢、混凝土、钢筋的应力分布；索力监测，包括主缆索及吊索的索力；预应力监测，包括预应力筋张拉的真实应力、在预应力管道摩阻中产生的应力损失等；温度监测；下部结构监测,包括地基内外部变形、地锚应力、主塔桩基轴力等。运营节段主要监测内容为；荷载监测，主要包括风荷载、温度荷载、地震荷载和声荷载等；表面形貌监测，包括桥梁各部位的动、静态位置，沉降，线形变化等；结构强度的监测，主要包括桥梁结构的应变、应力、动力反应等；振动监测，包括结构的振动和冲击,从而得到其模态参数等；桥梁性能趋向、非结构部件及辅助设施监测，主要包括结构的各种主要性能指标、制作、振动控制设施等[5]。

3 国内外健康监测中的新技术

传统的桥梁监测方式以人工巡查、设备检测为主，很难做到及时或实时监测。随着大数据、BIM 等信息技术的发展，桥梁监测逐步构建起信息化、智能化的应用系统。

3.1 BIM 技术

BIM 技术的桥梁健康监测系统包括数据信息模型、桥梁健康信息监测、数据采集、数据处理等内容。BIM 数据信息模型为桥梁建设与健康信息的监测提供基础数据,数据采集、数据处理则利用各种传感器对运行中的桥梁进行实时监测。BIM 模型强大的可视化与分析计算功能在桥梁健康的评估中发挥着巨大作用，可完成桥梁健康状况的综合评估，包括损伤识别、状态评估以及疲劳状况等信息，并给出相应的预警信息，实现对桥梁状态的量化评估[6-7]。

3.2 传感传输技术

传感传输技术即利用传感器等传输信号达到监测的技术。监测内容方面，传感传输技术涉及了变形、位移等方面测量，检测拉索锈蚀和疲劳监测等方面。其中，传感器技术、无线传输技术、状态监测可视化和评估辅助技术等，都是当前重要的新技术。在不断的研究和持续改进中,一些新技术发展逐渐成熟，包括机敏网仿生裂缝监测技术、监测动态功耗管理技术、准直点激光投射式挠度监测技术等,当前已走向市场[8]。

3.3 GPS 技术

GPS 桥梁监测系统包括控制中心、 基准站、监测点及数据传输系统。GPS 技术弥补了传统的桥梁监测技术的不足，测量精度高，误差低，检测成本小，大大减少了恶劣自然条件对桥梁监测的限制和影响，能够全天候地对桥梁结构健康情况进行实时监控及评估，可以广泛应用于桥梁监测领域。当在多个点同步监控的时候,运用GPS 定位测量技术可以快速获得定位点三维坐标。该方法受自然影响小、采集数据快和自动化。所以对长期处于高强度运载中的桥梁进行评估，这种技术非常方便。同时，这种技术对检测当代桥梁的受损情况也非常重要。通过运用数据管理系统可以获得大量的桥梁检测数据，通过固定时间内的检测数据形成数据库,方便后期随时进行访问、回复和处理。可视化技术能够更加直接看见桥梁结构的位移状况和结构整体的位移, 当前GPS-RTK 技术在国内外越来越多的桥梁监测中得到了广泛的运用[9-10]。

4 结语

传统的桥梁监测方式很难做到及时或实时，缺乏科学系统的监测方法，往往对桥梁的状况缺乏全面的把握和了解，信息不能得到及时反馈。大数据、BIM、GPS 等信息技术的广泛使用,使得桥梁监测逐步构建起信息化、智能化的应用系统,在实际应用中满足了桥梁监测的实际需求。信息技术不断的进步会导致更加多样化的的数据被采集, 因此也会促进评估理论的发展。