赵君黎：桥梁结构健康监测，从设计开始

文/本刊记者 陈楠枰

中交公路规划设计院有限公司副总工程师、中国公路学会桥梁和结构工程分会秘书长赵君黎（源清慧虹供图）

作为“桥梁设计者”，中交公路规划设计院有限公司副总工程师、中国公路学会桥梁和结构工程分会秘书长赵君黎长年关注着桥梁为期逾百年的运营“生命”。健康监测系统是否能满足桥梁设计过程中，对于正常使用、承载能力、疲劳和耐久多种极限状态的设定，在近年来，逐渐被添加为他关注的新内容。

起源与发展

“谈到桥梁设计，传统而言大致分为桥梁设计、桥梁施工以及桥梁运营和管养检测三个维度，针对这一套设计，已经有了设计规范和管理办法。健康监测系统的设计则日渐兴起于近些年间，它服务于桥梁的运营与管养，不仅要注意健康监测系统本身的安全和可信，还要关注其获取的桥梁信息是否可为管理者提供可用、可信的支持。”6月3日，2021中国山区桥梁与隧道结构安全技术交流会上，赵君黎在发言中如是说。

在他看来，结构健康监测技术是“新工科”重要的学科分支，是传统土木工程和信息科学技术相向发展而生的新融合技术，亦是桥梁长期性能研究的重要基础数据和应用来源。

经过约20年的研究与探索实践，桥梁健康监测技术快速发展，越来越在桥梁日常管理、安全评估及科学管养中发挥出重要作用。

技术发展的更迭和走向在业界有目共睹。赵君黎注意到，随着桥梁结构健康监测技术不断发展，桥梁健康监测系统除在大跨径缆索承重桥梁中获得广泛应用外，已开始向量大面广的常规跨径桥梁延伸。

“另一种转变还表现在从单桥监测向桥群监管的转变上。”据赵君黎介绍，基于“资源集约、平台同步、数据共享、应急联动”的桥梁管养思路，借助先进技术支撑与驱动做集群式监管，进而建立数据中心，“建设标准化、平台数字化和监管网络化已成为必然趋势”。

从“数据制造”向“数据创造”转变中，桥梁健康监测系统不仅须重视监测数据采集存储，更须注重数据的分析应用，实现专业化与信息化的高度融合，为桥梁管养提供数据支撑。

而随着AI、大数据等技术的飞速发展，监测数据处理应用逐渐由“人工干预”向“智能决策”方向转变，探索实现数据自动诊断处理、在线自动分析评估等功能已成大势。

技术及应用

在赵君黎看来，桥梁结构健康监测系统是桥梁监管、养护、维修数字化、智能化的信息工具，获取运营期桥梁各类结构、非结构数据的重要技术手段，其按需连续、实时在线（离线）获取数据的功能，还将以数据支撑的定量分析、判断结构整体或局部（构件）的服役状态。

他指出，健康监测系统应具备数字档案辅助决策、实时报警应急管理、综合评估指导养护、基础研究反馈设计等功能。不仅建立全寿命周期“建、管、养、查、评、修、研”全过程信息化、数字化桥梁档案，对桥梁运营异常状况和结构的异常响应及时预警，还须综合利用实时监测信息和人工巡检结果，评估桥梁结构使用状况、工作性能和发展规律、变化规律，为指导规范桥梁全寿命周期的养护行为提供数据支撑和科学依据。

“此外，健康监测技术还应以数据要素价值转化为核心，解决各桥‘数据孤岛、数据壁垒’问题，汇聚智库，实现数据共享、价值共创。此外，还应能开展深层次、专业性的数据分析和理论研究，达到验证、反哺、提升桥梁教育教学、科学研究、理论方法、工程建设、管理养护的科学技术水平。”赵君黎表示。

实际上，在桥梁管养过程中，桥梁结构健康监测技术已经得到一定推广和应用。既可服务于突发事件的应急管理，实现结构损伤成因分析，并基于监测数据科学指导养护，还有望协同试验检测，实现快速评定，验证桥梁结构设计和指导评估评定，效果可喜。

挑战与建议

诚然，赵君黎亦关注到了当前国内桥梁结构健康监测技术发展所面临的问题与挑战。

在他看来，这些挑战主要表现在七个方面。即系统构件不完善，桥梁监测未成网；资金投入待提高，专业人员待补充；标准体系不健全，实施运维待规范；基础理论待提升，设备研发需加强；数据应用不深入，数据共享待提升；对设计理解不一致；桥梁需要的参数和监测提供参数不一致。

正所谓“发展中的问题，发展中解决”，赵君黎建议，行业主管部门应主导建立完善权威的标准体系，规范监测实施标准，并着手建立高效协同的国家级、行业级监测大数据平台，监督行业桥梁数据互联互通，协同产学研资源构建生态圈，优势互补，最终实现以桥梁数据资产为桥梁科学智慧管养赋能。

“在构件完整体系、拓展监测范围方面，还应加快实现跨江、跨海、跨湖、跨峡谷等特殊结构桥梁的运行监测系统全面覆盖，同时逐步建设起常规跨径重要公路桥梁的运行监测预警体系。”赵君黎表示。

同时，他提出，将监测系统纳入管养制度体系，对标机电系统对监测系统的运行维护监管，提高维养资金标准，制订设计取费标准，并加强复合人才队伍建设。“信息时代，我们还应提升传统土木行业百年耐久与信息技术叠加、融合、更新的协同认知。”

加强基础研究、突破核心技术亦是解决技术瓶颈的关键所在。赵君黎指出，产学研机构在基础研究上当分工协作，提升桥梁监测行业数据规律的认知，加强桥梁长期性能退化机理研究，实现数据实时分析自动评估智能化。

“与此同步，我们还需研发适合桥梁长期性能监测的传感器及对应的采传控设备，着重加强技术创新，以高新技术融合促进桥梁结构健康监测技术发展。”赵君黎说。

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