中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
國內(nèi)高速公路、城市立交、跨江跨海大橋等大量基礎(chǔ)設(shè)施建成投用之后，不少橋梁逐步進入中長期服役階段。伴隨服役年限增長，材料老化、荷載反復(fù)作用、環(huán)境侵蝕等因素都會持續(xù)改變橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)，如何持續(xù)掌握結(jié)構(gòu)真實工作狀態(tài)，防范結(jié)構(gòu)性安全風險，已經(jīng)成為交通工程管養(yǎng)領(lǐng)域重點關(guān)注的現(xiàn)實課題。
長期以來，國內(nèi)橋梁安全管控主要依靠人工巡檢與周期性現(xiàn)場檢測。這套模式經(jīng)過多年工程實踐驗證，但也存在固有短板：檢測工作間隔周期長，只能獲取離散時間點的數(shù)據(jù)，很難捕捉荷載、溫度作用下結(jié)構(gòu)的瞬時變化；部分高墩、大跨構(gòu)件人工作業(yè)難度大，難以實現(xiàn)全天候連續(xù)觀測，結(jié)構(gòu)突發(fā)的異常響應(yīng)往往無法被及時捕捉。在此背景之下，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)得到越來越廣泛的應(yīng)用，依靠傳感感知、數(shù)據(jù)采集、通信傳輸與云端分析平臺，實現(xiàn)對橋梁狀態(tài)的全天候感知、自動化采集、遠程研判與風險預(yù)警。在整套系統(tǒng)架構(gòu)中，數(shù)據(jù)采集方案屬于核心底層基礎(chǔ)，采集數(shù)據(jù)的準確性、連續(xù)性、同步性，直接決定后續(xù)結(jié)構(gòu)分析、狀態(tài)評估和預(yù)警結(jié)果是否可信，一旦源頭數(shù)據(jù)失真，上層所有分析工作都會失去實際價值。
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)本質(zhì)是一套面向結(jié)構(gòu)長期服役狀態(tài)的自動化感知體系，相當于為大型橋梁布設(shè)一套完整的智能感知網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)持續(xù)跟蹤橋梁關(guān)鍵構(gòu)件的變形受力、疲勞損傷、環(huán)境影響等關(guān)鍵指標，回答工程管理人員關(guān)心的核心問題：梁體是否出現(xiàn)異常變形、關(guān)鍵截面受力是否超出合理區(qū)間、鋼結(jié)構(gòu)是否產(chǎn)生疲勞累積、整體結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)安全隱患。按照《公路橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》JT/T 1037?2016的框架，完整的監(jiān)測系統(tǒng)由橋梁本體結(jié)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、監(jiān)測分析平臺、運維管理中心多個模塊共同組成，各模塊層層聯(lián)動，缺一不可。
橋梁屬于多構(gòu)件耦合的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體，需要監(jiān)測的物理參數(shù)種類較多，不同橋型、不同服役階段的監(jiān)測側(cè)重點存在明顯差異。搭建采集方案時，需要結(jié)合橋梁設(shè)計資料、病害特征，確定需要采集的核心監(jiān)測指標，行業(yè)內(nèi)常規(guī)監(jiān)測主要包含五大類參數(shù)。
第一，應(yīng)變監(jiān)測。應(yīng)變是評判結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的核心指標，多用于研判主梁受力水平、鋼構(gòu)件疲勞演化、關(guān)鍵截面應(yīng)力變化趨勢。工程現(xiàn)場常用振弦式應(yīng)變計、光纖光柵傳感器、電阻應(yīng)變片等設(shè)備完成采集工作。在車輛反復(fù)通行荷載作用下，如果局部測點應(yīng)變持續(xù)異常走高，往往預(yù)示該部位受力條件發(fā)生改變，需要管養(yǎng)單位重點復(fù)核結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。
第二，位移監(jiān)測。位移監(jiān)測重點覆蓋主梁撓度、支座位移、梁端伸縮變化等變形指標，常用設(shè)備包含拉線位移計、GNSS位移監(jiān)測終端、靜力水準儀等。以跨江大型橋梁為例，季節(jié)晝夜溫度波動會帶來毫米級的結(jié)構(gòu)伸縮變形，系統(tǒng)需要長期連續(xù)記錄這類正常變化規(guī)律，才能區(qū)分環(huán)境效應(yīng)與結(jié)構(gòu)性損傷帶來的異常位移。
第三，振動監(jiān)測。橋梁持續(xù)承受車輛荷載、風荷載、地震等外部激勵，結(jié)構(gòu)振動頻率、加速度、模態(tài)特性會隨之改變。通過加速度計、動態(tài)傳感器采集振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，對比結(jié)構(gòu)固有動力特征，可以間接反演橋梁整體剛度是否發(fā)生衰減，是識別整體結(jié)構(gòu)性能退化的重要手段。
第四，溫度監(jiān)測。溫度是不可忽略的環(huán)境影響因子，溫度變化會引發(fā)混凝土收縮徐變、鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮，同步對應(yīng)變、位移數(shù)據(jù)帶來明顯干擾。因此監(jiān)測系統(tǒng)需要同步采集環(huán)境溫度與構(gòu)件內(nèi)部溫度，后續(xù)數(shù)據(jù)分析階段完成溫度效應(yīng)補償，剔除環(huán)境帶來的虛假異常信號，保證結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)的有效性。
第五，裂縫監(jiān)測。對于服役年限較長的老舊橋梁，裂縫寬度以及裂縫發(fā)展趨勢是病害管控重點。工程中一般采用裂縫計、圖像視覺監(jiān)測設(shè)備，持續(xù)跟蹤裂縫開合變化，判斷病害是穩(wěn)定狀態(tài)還是處于持續(xù)發(fā)展階段，為養(yǎng)護維修決策提供量化依據(jù)。
很多非專業(yè)視角會產(chǎn)生簡單認知：把各類傳感器直接對接服務(wù)器，就可以完成監(jiān)測。但實際橋梁戶外工況遠比實驗室環(huán)境復(fù)雜，這也是專業(yè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備不可替代的原因。同一座橋梁現(xiàn)場，往往同時部署振弦類、模擬量、數(shù)字量等多種不同輸出協(xié)議的傳感器，信號制式互不兼容，無法直接接入統(tǒng)一平臺；同時橋梁監(jiān)測項目普遍要求連續(xù)數(shù)年不間斷運行，采集設(shè)備需要具備穩(wěn)定讀取、本地自動存儲、斷網(wǎng)后斷點續(xù)傳、故障自動恢復(fù)的能力。當車輛沖擊、強風等事件發(fā)生時，應(yīng)變、振動、溫度多項指標需要做到時間同步采集，如果各模塊采樣時間錯位，多源數(shù)據(jù)就無法開展耦合分析，難以還原真實的結(jié)構(gòu)響應(yīng)過程。
由此可見，橋梁健康監(jiān)測的核心并不局限于傳感器布設(shè)數(shù)量，真正考驗系統(tǒng)能力的，是能否長期穩(wěn)定、精準、同步完成原始數(shù)據(jù)獲取。一套落地可行的數(shù)據(jù)采集方案形成完整鏈路：傳感器完成物理量感知，專業(yè)采集儀完成信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換與本地存儲，RTU及通信單元完成數(shù)據(jù)傳輸，最后交由監(jiān)測平臺開展融合分析、評估與預(yù)警。
隨著國內(nèi)大量橋梁進入運營中后期，自動化、數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為橋梁安全管理的發(fā)展方向，而可靠的數(shù)據(jù)采集體系，正是所有智能化管養(yǎng)工作的前置基礎(chǔ)。中交路橋科技深耕橋梁檢測與結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測領(lǐng)域多年，充分結(jié)合國內(nèi)各類橋梁的運維現(xiàn)狀，把工程實踐經(jīng)驗融入整套監(jiān)測方案設(shè)計。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，兼顧多類型傳感器兼容適配、戶外復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性、多參數(shù)同步采集、斷網(wǎng)緩存補傳等現(xiàn)實工程痛點，從感知層源頭保障數(shù)據(jù)完整可靠，為橋梁健康評估、風險預(yù)警、養(yǎng)護決策提供扎實的數(shù)據(jù)支撐，助力公路橋梁實現(xiàn)從“事后處置”向“事前預(yù)警”的管養(yǎng)模式轉(zhuǎn)變。
