王 超 韓阿慧 曹娟麗

1中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司（210001） 2 西安長(zhǎng)安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司（710061）

0 前言

橋梁作為交通建設(shè)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)人類文明的發(fā)展和演化起著重要的作用。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹碓疥P(guān)注交通安全問題。橋梁在施工階段和成橋服役期間由于受到環(huán)境、有害物質(zhì)侵蝕、車輛荷載、風(fēng)荷載、地震荷載、疲勞、自身材料性能退化、人為等多種因素的影響，結(jié)構(gòu)的各部分會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷和退化，安全性能存在隱患。這些問題如果不能及時(shí)解決，會(huì)對(duì)橋梁的壽命、功能及人們的安全造成很大威脅，因此對(duì)橋梁進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的公路橋梁超80 萬座，其中1/3 以上具有結(jié)構(gòu)性缺陷和不同程度的損傷，存在功能失效的隱患。近年來，我國(guó)發(fā)生了多次重大橋梁事故，缺乏有效的監(jiān)測(cè)措施和必要的維修養(yǎng)護(hù)措施是重要的原因之一。這些重大事故使得人們?cè)絹碓疥P(guān)注現(xiàn)代橋梁的質(zhì)量和使用壽命。橋梁結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點(diǎn)[1]。

1 橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)概念

健康監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種新技術(shù)，主要通過最小的成本來監(jiān)控和評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況，以便在橋梁結(jié)構(gòu)處于特殊氣候、交通狀況下或橋梁嚴(yán)重異常運(yùn)營(yíng)狀況時(shí)觸發(fā)預(yù)警信號(hào)，并為橋梁保養(yǎng)、維修與管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)，有效保證結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)的安全性。健康監(jiān)測(cè)技術(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)安全程度，或者在結(jié)構(gòu)遇到突發(fā)性損傷后，評(píng)估結(jié)構(gòu)安全性。應(yīng)用健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可提前掌握公路橋梁結(jié)構(gòu)亞健康狀態(tài)，便于盡快作出調(diào)整與維修，保障公路橋梁的正常使用[2-3]。橋梁健康監(jiān)測(cè)可以通過在橋梁中設(shè)置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)采集橋梁的各種狀態(tài)參數(shù)，如荷載、溫度、撓度、應(yīng)變、振動(dòng)特性等。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)預(yù)處理后通過通信系統(tǒng)送到控制中心。經(jīng)過數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析處理得到橋梁的健康狀況評(píng)估、損傷分析、剩余壽命評(píng)估、交通控制和維修決策等結(jié)論[4]。

2 橋梁健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容

橋梁健康監(jiān)測(cè)包括施工和運(yùn)營(yíng)兩個(gè)階段，施工階段主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為:橋梁幾何形態(tài)，包括高程、跨度、變形等參數(shù)；結(jié)構(gòu)截面應(yīng)力，包括鋼、混凝土、鋼筋的應(yīng)力分布；索力監(jiān)測(cè)，包括主纜索及吊索的索力；預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，包括預(yù)應(yīng)力筋張拉的真實(shí)應(yīng)力、在預(yù)應(yīng)力管道摩阻中產(chǎn)生的應(yīng)力損失等；溫度監(jiān)測(cè)；下部結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè),包括地基內(nèi)外部變形、地錨應(yīng)力、主塔樁基軸力等。運(yùn)營(yíng)節(jié)段主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為；荷載監(jiān)測(cè)，主要包括風(fēng)荷載、溫度荷載、地震荷載和聲荷載等；表面形貌監(jiān)測(cè)，包括橋梁各部位的動(dòng)、靜態(tài)位置，沉降，線形變化等；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)，主要包括橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變、應(yīng)力、動(dòng)力反應(yīng)等；振動(dòng)監(jiān)測(cè)，包括結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和沖擊,從而得到其模態(tài)參數(shù)等；橋梁性能趨向、非結(jié)構(gòu)部件及輔助設(shè)施監(jiān)測(cè)，主要包括結(jié)構(gòu)的各種主要性能指標(biāo)、制作、振動(dòng)控制設(shè)施等[5]。

3 國(guó)內(nèi)外健康監(jiān)測(cè)中的新技術(shù)

傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)方式以人工巡查、設(shè)備檢測(cè)為主，很難做到及時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。隨著大數(shù)據(jù)、BIM 等信息技術(shù)的發(fā)展，橋梁監(jiān)測(cè)逐步構(gòu)建起信息化、智能化的應(yīng)用系統(tǒng)。

3.1 BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)信息模型、橋梁健康信息監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容。BIM 數(shù)據(jù)信息模型為橋梁建設(shè)與健康信息的監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理則利用各種傳感器對(duì)運(yùn)行中的橋梁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。BIM 模型強(qiáng)大的可視化與分析計(jì)算功能在橋梁健康的評(píng)估中發(fā)揮著巨大作用，可完成橋梁健康狀況的綜合評(píng)估，包括損傷識(shí)別、狀態(tài)評(píng)估以及疲勞狀況等信息，并給出相應(yīng)的預(yù)警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁狀態(tài)的量化評(píng)估[6-7]。

3.2 傳感傳輸技術(shù)

傳感傳輸技術(shù)即利用傳感器等傳輸信號(hào)達(dá)到監(jiān)測(cè)的技術(shù)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容方面，傳感傳輸技術(shù)涉及了變形、位移等方面測(cè)量，檢測(cè)拉索銹蝕和疲勞監(jiān)測(cè)等方面。其中，傳感器技術(shù)、無線傳輸技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)可視化和評(píng)估輔助技術(shù)等，都是當(dāng)前重要的新技術(shù)。在不斷的研究和持續(xù)改進(jìn)中,一些新技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，包括機(jī)敏網(wǎng)仿生裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)、監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)功耗管理技術(shù)、準(zhǔn)直點(diǎn)激光投射式撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)等,當(dāng)前已走向市場(chǎng)[8]。

3.3 GPS 技術(shù)

GPS 橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括控制中心、 基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)點(diǎn)及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。GPS 技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足，測(cè)量精度高，誤差低，檢測(cè)成本小，大大減少了惡劣自然條件對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)的限制和影響，能夠全天候地對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及評(píng)估，可以廣泛應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。當(dāng)在多個(gè)點(diǎn)同步監(jiān)控的時(shí)候,運(yùn)用GPS 定位測(cè)量技術(shù)可以快速獲得定位點(diǎn)三維坐標(biāo)。該方法受自然影響小、采集數(shù)據(jù)快和自動(dòng)化。所以對(duì)長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度運(yùn)載中的橋梁進(jìn)行評(píng)估，這種技術(shù)非常方便。同時(shí)，這種技術(shù)對(duì)檢測(cè)當(dāng)代橋梁的受損情況也非常重要。通過運(yùn)用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以獲得大量的橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過固定時(shí)間內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫,方便后期隨時(shí)進(jìn)行訪問、回復(fù)和處理。可視化技術(shù)能夠更加直接看見橋梁結(jié)構(gòu)的位移狀況和結(jié)構(gòu)整體的位移, 當(dāng)前GPS-RTK 技術(shù)在國(guó)內(nèi)外越來越多的橋梁監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的運(yùn)用[9-10]。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測(cè)方式很難做到及時(shí)或?qū)崟r(shí)，缺乏科學(xué)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，往往對(duì)橋梁的狀況缺乏全面的把握和了解，信息不能得到及時(shí)反饋。大數(shù)據(jù)、BIM、GPS 等信息技術(shù)的廣泛使用,使得橋梁監(jiān)測(cè)逐步構(gòu)建起信息化、智能化的應(yīng)用系統(tǒng),在實(shí)際應(yīng)用中滿足了橋梁監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求。信息技術(shù)不斷的進(jìn)步會(huì)導(dǎo)致更加多樣化的的數(shù)據(jù)被采集, 因此也會(huì)促進(jìn)評(píng)估理論的發(fā)展。