橋梁結構健康預警監測系統建設，賦能橋梁實時自我感知

我國近20年的橋梁建設成就斐然，建設了以港珠澳大橋、蘇通長江公路大橋、西堠門大橋、杭州灣大橋、北盤江大橋以及盧浦大橋等一大批創造世界紀錄的大橋。我國已經邁入了橋梁建設的強國，橋梁規模已經位居世界第一。但是，橋梁安全形勢依然嚴峻 ：

1. 橋梁垮塌事故

橋梁垮塌事故在我國時有發生。據統計，全國已有447座橋梁發生垮塌，這些事故的原因各異。在已知事故成因的184座橋梁中，主要事故成因包括設計不合理、施工不規范、超載、車輛撞擊、地震等自然災害以及洪水等其他因素。

2. 橋梁失效年限

我國運營期間垮塌的橋梁中，平均服役年限超過50年的為15%，平均服役年限為29.36年。而世界范圍內181起橋梁事故的平均橋齡為29年。這說明我國在役橋梁的老齡化問題日益嚴重，而老齡化是導致橋梁失效的主要原因之一。

3. 在役橋梁老齡化

我國在役橋梁老齡化主要體現在總量大、周期短、隱患多等方面。同時，隨著時間的推移，許多橋梁開始進入病害加速發展期。與美國相比，我國30年橋齡的橋梁占比增長速度更快，這表明我國在役橋梁的老齡化問題更加嚴重。

4. 傳統檢測方法的缺點和不足

傳統檢測方法存在諸多缺點和不足，主要體現在需要大量人力、物力和財力并有諸多檢查盲點；主觀性強，難于量化；缺少整體性；影響正常交通運行；周期長，實時性差等方面。因此，對于大型橋梁在運營期通過橋梁結構的健康監測系統能有效對關鍵參數進行監測，對于橋梁結構的安全運營提供科學的依據。對于橋梁檢測和橋梁結構的健康監測都是確保橋梁安全運營的重要手段。

WITBEE?萬賓?橋梁結構健康預警監測系統指利用現場的監測設備獲取相關數據，通過對包括結構響應在內的結構系統特性分析，達到監測、檢測結構損傷或退化的目的。

對橋梁總體和擔心出現的損傷部位，其類似于“神經系統”。橋梁結構的健康監測系統功能類似于人的“神經系統”：傳感器相當于“神經系統”的末梢，用于感知結構的響應；傳輸網絡相當于“神經網絡”的神經中樞，其功能是在傳感器和控制系統之間進行信息傳輸和控制；結構的狀態評估類似于“神經網路”的大腦，其功能是對自動采集的數據進行處理和分析，并對結構的狀態進行評估。

對已發現的損傷部位，其類似于“心電圖背包”。健康監測對于已經發現損傷的部位通過實時監測數據的分析，能對損傷的發展變化以及損傷對結構的影響進行評估，其功能類似于對病人進行“心電圖”監測。

監測系統在橋梁健康監測中的作用是多方面的。首先，對于突發性損傷，它可以迅速地發現并報警，幫助管理者及時采取措施，防止損傷進一步擴大。其次，對于累積性損傷，監測系統可以連續地監測損傷的發展趨勢，幫助預測結構的剩余壽命。此外，對于一些難以直接觀察的隱蔽部位，如橋墩內部的結構，監測系統也能通過傳感器和數據分析技術進行觀察和評估。最后，通過長期的監測數據，可以對橋梁的設計進行驗證，為今后的設計提供寶貴的經驗和指導。因此，監測系統在橋梁健康監測中起著至關重要的作用。

橋梁健康監測系統的組成包括感知層、傳輸層、數據層和應用層4個層級，其分別對應傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據存儲與處理子系統、損傷識別與狀態評估子系統4個子系統。

2013年，交通運輸部發布了《關于進一步加強公路橋梁養護管理的若干意見》提出，特大、特殊結構和特別重要橋梁的養管單位，要利用現代信息技術，建立符合自身特點的養護管理系統和健康監測系統。

2016年發布的《十三五公路養護管理發展綱要》中指出，高速公路運行實時監測覆蓋率東、中部達到100%，西部地區重點路段達到100%。加強長大橋隧健康監測和動態運行監管，完善橋梁隧道運行監管制度。

2018年發布的《公路長大橋隧養護管理和安全運行若干規定》提出，長大橋隧經營管理單位應逐步建立長大橋隧結構監測體系，設置專人或委托專業機構對橋隧的結構狀態和各類外部荷載作用下的響應情況進行監測，及時掌握長大橋隧的結構運行狀況。

橋梁結構健康健康預警系統的建立對于橋梁的安全運行具有重要意義。以下是它的主要重要性：

1保障橋梁安全：橋梁結構健康監測能在突發性損傷或累積損傷發生時，及時發送告警信息以便采取處理措施。對于橋梁管理者來說，通過對橋梁結構的實時監測和分析，可以提前發現并解決潛在問題，防止進一步的結構破壞和引發其他事故。

2提高橋梁使用壽命：通過對橋梁結構健康狀況的監測和預警，可以及時發現并修復潛在的損傷，從而延長橋梁的使用壽命。

3降低維護成本：通過對大橋的健康狀況進行實時監測，可以提前發現問題并采取相應的維護和修復措施，避免因結構損壞導致的大規模維修和重建，從而降低維護成本。

4提供決策依據：橋梁結構的健康監測可以為橋梁的日常維護、修復和加固提供數據支持，為工程決策提供依據，有助于改進和優化橋梁設計規范。

5研究與發展：橋梁結構監測系統可以為橋梁研究提供大規模的原始數據，有助于推動橋梁結構設計和施工技術的發展和創新。

6提高交通運輸的可靠性：通過實時監測橋梁的健康狀態，可以提前發現可能影響橋梁安全的問題，從而提高交通運輸的穩定性和可靠性。

針對公路橋梁長期安全運行監測體系，我們須不斷完善和強化，包括對監測系統軟硬件的維護、監測數據的分析挖掘以及專項專題研究等各項任務。將監測工作與長大橋梁的日常養護管理工作相結合，確保監測系統長期穩定、可靠、高效運行，充分發揮監測系統數據的價值。通過持續提高公路橋梁監測系統的韌性與服役性能，切實保障長大橋梁的安全運行。