橋梁健康監測新技術應用之淺見

王鵬軍 赫彥斌 聶翔 楊少華 宋寧

1. 北京源清慧虹信息科技有限公司 北京 100096；2. 石家莊市道橋設施管護中心 河北 石家莊 050000

引言

隨著橋梁的跨度和復雜程度的日趨復雜化，橋梁監測技術逐漸成為保障橋梁安全運行的重要研究目標。目前，國內外科研團隊已研發出多種多樣的橋梁檢測系統，但仍存在諸多問題如：①監測工作中不確定性因素和復雜性給技術狀況、工作狀態評定帶來了困難和難題；②傳感網絡優化布設問題沒有得到有效解決；③結構損傷部位識別定位技術需要深入研究。

1 BIM技術應用于橋梁養護監測中的必要性

目前全國在役橋梁眾多，本研究具有極廣的市場需求，項目的研究除了可應用于道路橋梁的安全性能評價外，其所建立的狀態感知體系和技術狀況評價技術也可用于交通運輸行業的道路交通網運營養護管理工作中。BIM技術是建筑領域新推出的一種信息模型，具有較強的周期性、協調性、可視化性，支持建筑全方位監測管理。結合BIM技術的應用，將橋梁的狀態感知與技術狀態評價結果、預警情況、態勢預測等通過BIM模型進行三位可視化形象展示、分析，為公路交通保暢全方位監測管理，并為突發事件應急管理提供技術支持和科學決策依據。通過本研究，能建立與完善基于BIM技術的橋梁結構安全運營監測系統，實現對橋梁全壽命周期安全健康地服役提供保障。降低橋梁養護和維修成本，預防橋梁結構健康安全衰減，為人民群眾的生命財產安全提供保障[1]。

2 優化措施分析

（1）BIM技術的應用。BIM技術借助于計算機技術、大數據技術，構建三維立體模型，具有直觀和清晰的顯著特點，它既是模型構造方式的革新，又是一種管理理念的升級。BIM技術在橋梁健康監控的智慧化管理中具備廣闊的應用前景，通過BIM軟件的二次開發，實現云平臺中數據的實時調用并導入到chart控件中，使得數據結果可以在三維模型里形象展示和精確定位，大幅度減少了判斷誤差和遺漏，提升了管養工作的效率。

（2）監測的重點。橋梁監測系統設計首先要解決監測參數的確定，參數的選擇是否正確關系到監測系統正確的評估，即關系到監測系統是否能正常發揮其作用。結合橋梁的結構特點及健康監測系統的功能要求，綜合監測系統的監測內容確定主要考慮以下幾個方面的因素：①環境參數監測：橋梁處于大氣環境中，長期受到橋區氣候條件和水文地質作用，結構的安全性和耐久性將會受到影響。因此，需要對橋區的主要環境參數進行重點監測。②結構性能監測：為了解橋梁結構的整體工作狀態，從宏觀上分析結構工作性能的變化規律，需要重點監測橋梁整體變形參數。同時考慮局部應力、撓度等參數的監測。

（3）系統級別分類。按照系統規模、功能的不同大致可分將系統分為三種級別，即全效型、實用型、經濟型。①全效型橋梁健康監測系統：一般應用于重要性程度高、結構新穎復雜、橋址環境惡劣的超大跨度橋梁中，其功能不僅是進行橋梁安全監測與評估，更兼有設計驗證和科學研究的功能，因此無論從監測內容、監測方法、儀器選型、自動化程度，都具備較好的先進性和可靠性。②經濟型橋梁健康監測系統：一般應用于重要性程度一般、結構較為簡單、跨度不大的中小橋梁，其系統功能主要是進行橋梁安全監測，甚至橋梁綜合評估的功能也可簡單化，因此系統監測內容最少、自動化程度相對較低，組成架構也最簡單。③實用型橋梁健康監測系統：介于全效型和經濟型之間，其功能主要以進行橋梁安全監測與評估為主，監測內容相對全效型較少，監測方法和儀器以實用可靠為主。實用型橋梁健康監測系統可獨立成為一個完整的系統，也可由幾個系統共同組成區域集群健康監測平臺。

基于功能與成本費用最優的原則，應在不同類型的橋梁上安裝與其現狀相匹配的橋梁健康監測系統。在確定橋梁健康監測系統的等級時，應主要考慮橋梁結構特點、跨度、技術狀況這三個因素[2]。

3 數據集成系統設計與云平臺系統設計

數據集成系統需要滿足以下幾個方面的要求：①能有組織地、動態地存儲大量關聯數據，并供多個用戶訪問，實現數據的充分共享、交叉訪問，以及與應用程序的高度獨立性，起到將現場采集網絡與上層管理信息系統網絡連接的作用；②快速存儲動態變化的實時數據，數據庫中的所有實時數據都要隨監測對象的狀態變化而不斷刷新，其作為整個監測系統的核心部分必須在線運行，并且使數據及分析結果能夠實時顯示；③實現各功能模塊之間的數據傳遞、數據交換和數據共享；④中心數據庫需要與Internet結合，使遠程用戶可以通過瀏覽器對數據進行查詢瀏覽。

4 結束語

橋梁建成通車以后，受天氣環境以及通行車輛等因素的影響，橋梁結構材料會被腐蝕并隨著時間老化，長期的靜、動力荷載作用，使其強度和剛度隨著時間的增加而降低，會使橋梁的使用壽命極大地縮短。研發橋梁結構健康安全監測系統對橋梁結構健康狀況進行實時監測，并通過監測設備數據對其安全性能進行分析評估，對橋梁安全運行保障以及延長使用壽命具有重要的作用。了解橋梁實際運行狀況與結構安全狀況，并對橋梁的合理利用與精細化管理具有重大現實意義。