橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展存在哪些問題?橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)行業(yè)調研

• 黃文玉 2024年1月26日 來源：互聯網 581 32
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橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機。由運營中的橋梁結構與其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，還可以提供有關結構行為和環(huán)境規(guī)律的最真實是信息。

橋梁健康監(jiān)測的基本內涵即是通過對橋梁結構狀況的監(jiān)控與評估，為橋梁在特殊氣候、交通條件下或橋梁運營狀況異常嚴重時發(fā)出預警信號，為橋梁的維護維修和管理決策提供依據與指導。然而，橋梁結構健康監(jiān)測不僅是為了結構狀態(tài)監(jiān)控和評估，其信息反饋于結構設計的更深遠的意義在于，結構設計方法與相應的規(guī)范標準等可能得到改進。再有就是橋梁健康監(jiān)測帶來的不僅僅是監(jiān)測系統(tǒng)和對某特定橋梁設計的反思，還可能并應該成為橋梁研究的“現場實驗室”。

橋梁健康監(jiān)測為橋梁工程中的未知問題和超大跨度橋梁的研究提供了新的契機。由運營中的橋梁結構與其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，還可以提供有關結構行為和環(huán)境規(guī)律的最真實是信息。因此，橋梁健康監(jiān)測不只是傳統(tǒng)橋梁檢測加結構評估新技術，而且被賦予了結構監(jiān)控與評估、設計驗證和研究與發(fā)展三方面的意義。

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)行業(yè)現狀及發(fā)展趨勢分析

在國外20世紀80年代以來，在北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區(qū)，相繼發(fā)生了一些橋梁結構的突然性斷裂性事故，使人們意識到對橋梁結構的健康診斷的重要性和迫切性。80年代后期，國外明確提出了橋梁結構健康監(jiān)測的新思路和概念，并先后開始在一些重要的大跨度橋梁上建立了結構健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如丹麥的GreatBeltEast橋(大帶東橋)。

這是一座跨徑布置為535m+1624m+535m的水利。為評估該橋結構整體性、耐久性和可靠性，COWI公司為該橋設計了一個多達1000個傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)監(jiān)測的內容包括主纜、吊桿和索夾的應力;橋面箱梁的加速度、應力、支撐處的位移;下部結構的腐蝕監(jiān)測、橋梁的傾角、橋塔規(guī)范應變;基礎的土質監(jiān)測;氣候監(jiān)測等。

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)綜合了現代傳感技術、網絡通訊技術、信號分析與處理技術、數據管理方法、知識挖掘、預測技術及橋梁結構分析理論等多個領域的知識，極大地延拓了橋梁檢測領域，提高了預測評估的可靠性。基于GPRS網絡的橋隧結構無線監(jiān)測系統(tǒng)是集現代化傳感技術、測試技術、計算機技術及現代網絡通信技術，是一個分布式、網絡化和全開放的監(jiān)控系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)橋梁養(yǎng)護管理模式的檢測方法和手段的局限性，很難適合大規(guī)模橋隧結構評定的發(fā)展要求。

根據中研普華產業(yè)研究院發(fā)布的《2023-2028年中國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展趨勢與投資咨詢報告》顯示：

在20世紀80年代中后期，歐美一些國家首先明確提出了結構健康監(jiān)測新理念，并先后在一些重要的橋梁安裝健康監(jiān)測系統(tǒng)。我國自20世紀90年代也在一些大型重要橋梁上建立了不同規(guī)模的長期健康監(jiān)測系統(tǒng)，如香港的Lautau Fixed Crossing和青馬大橋，大陸的虎門大橋、徐浦大橋等。在橋梁上安裝使用實時健康監(jiān)測系統(tǒng)是未來橋梁監(jiān)測發(fā)展方向和趨勢。

隨著改革開放以來經濟的快速發(fā)展，國內的交通網絡在不斷的豐富、完善，橋梁建設迎來了建設的黃金時代。橋梁不僅在公路交通運輸中發(fā)揮著至關重要的作用，而且在高鐵架設過程中具有不可替代的地位。伴隨著橋梁的建造技術的迅猛發(fā)展，近幾年來國內涌現出了許多大型，特大型的橋梁，如湖南矮寨大橋，杭州灣跨海大橋等，這些非凡的成就既展現了中國橋梁技術的騰飛，也大大提升了中國橋梁工程建設的國際地位。因為國內橋梁現代化建設起步時間較晚，因而大部分橋梁結構強度仍處在合理的范圍內，尚未出現結構疲勞，然而隨著時間的遷移，橋梁結構的健康問題將會凸顯出來。

如何做到結構隱患早發(fā)現，早排除，這不僅關系到人民群眾的生命財產安全，而且還能為業(yè)主挽回巨大的財產損失。由于下游需求的快速上升，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)產量迅速增長。數據顯示，2020-2022年，我國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)產量由2289套上升到2587套。我國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)行業(yè)市場規(guī)模為33.9億元。預計2023-2028年我國橋梁健康監(jiān)測產量將保持較快增速，到2028年橋梁監(jiān)測系統(tǒng)產量達3910套。

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展存在問題

隨著傳感器智能化和采集設備自動化的發(fā)展，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)往往過分強調其自動監(jiān)測功能，忽視了人工檢查的作用。據不完全統(tǒng)計，在我國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)建設初期(1999.2005)，只有20%左右的監(jiān)測系統(tǒng)將人工檢查納入健康監(jiān)測系統(tǒng)，而在近十年(2006.2015)己建成的監(jiān)測系統(tǒng)中，這一比例上升到50%左右，但其中只有不到1/3的監(jiān)測系統(tǒng)制定了詳細人工檢查策略和項目，如表1所示。從現實情況來看，單純依靠自動監(jiān)測是不夠的，一是由于投資限制，自動監(jiān)測測點有限，不能覆蓋所有橋梁構件，甚至難以覆蓋與結構安全性和耐久性相關的所有重要部位;二是由于監(jiān)測技術限制，監(jiān)測項目不全，如混凝土裂縫、鋼構件銹蝕、支座老化等耐久性監(jiān)測項目往往難以通過儀器自動監(jiān)測。因此，無論從經濟或技術角度來說，單純依靠自動監(jiān)測手段難以實現全面的橋梁健康監(jiān)測，得到的有限監(jiān)測信息不足以支撐后續(xù)的預警與評估，從而制約了監(jiān)測系統(tǒng)作用的發(fā)揮。

國內的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)普遍重視硬件系統(tǒng)的建設，許多大跨度橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)配備了數量眾多、性能良好的傳感器、采集儀、通信設備和工作站等，這些設備無疑使監(jiān)測系統(tǒng)的硬件性能更加突出。然而，在需求尚不明確的情況下，一些監(jiān)測系統(tǒng)的硬件建設存在盲目性和隨意性，相當一部分硬件設備并未真正發(fā)揮作用，造成浪費。另外，面對橋梁惡劣的工作環(huán)境，愈發(fā)龐大的硬件設備規(guī)模也增加了系統(tǒng)集成和維護管理的難度，降低了監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐久性。與硬件系統(tǒng)相比，我國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)在分析系統(tǒng)(包括算法和軟件兩個層面)的開發(fā)上顯得相對薄弱，沒有體現出與硬件系統(tǒng)相匹配的分析能力。

對于算法層面，受制于理論的不完善和實際結構的復雜性，目前系統(tǒng)在海量數據處理與有效信息提取、實時預警、損傷識別、健康狀態(tài)綜合評估、決策與支持等方面的功能都存在缺失或不完善的情況。例如，據不完全統(tǒng)計，我國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)在分析中強調損傷識別的比例超過70%，而強調承載能力和疲勞壽命評估的比例僅25%左右?，F實情況是，由于測點有限、環(huán)境噪聲和結構復雜性等原因，目前在結構復雜的大跨度橋梁中較難實現全面的損傷識別，單純依靠損傷識別結果也不足以評估其健康狀態(tài)，且無法與關鍵設計指標掛鉤。

因此，分析系統(tǒng)的薄弱導致橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)無法真正把握橋梁的健康狀況，有限的分析結果也不夠“接地氣”，難以為橋梁維護、維修與管理決策提供足夠的依據和指導。其次，對于軟件層面，在交互界面的設計上往往不夠重視，導致監(jiān)測信息顯示不直觀、圖形界面不友好，軟件可擴展性差，難以讓工程人員接受。

目前己建的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)基本屬于單體式監(jiān)測系統(tǒng)，即監(jiān)測系統(tǒng)僅針對某一特定大橋進行設計，兩者具有一一對應的關系，其硬件系統(tǒng)不具備監(jiān)測多座橋梁的能力，而集群式監(jiān)測的工程實例相對較少。單體式監(jiān)測是橋梁健康監(jiān)測的基本形式，存在以下兩點不足：一是單體式監(jiān)測需建立一一對應的“監(jiān)測中心”，重復投資的結果是造成資源浪費;二是單體式監(jiān)測覆蓋面有限且系統(tǒng)之間相互獨立，缺乏整合和溝通，容易形成“信息孤島”，無法為同一區(qū)域內橋梁整體安全及綜合評估提供有效的技術支持。

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  2023-2028年中國橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展趨勢與投資咨詢報告

  在國外，20世紀80年代以來，在北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區(qū)，相繼發(fā)生了一些橋梁結構的突然性斷裂性事故，使人們意識到對橋梁結構的健康診斷的重要性和迫切性。80年代后期，國外明確提出了...

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