趙君黎：橋梁結構健康監測，從設計開始

文/本刊記者 陳楠枰

中交公路規劃設計院有限公司副總工程師、中國公路學會橋梁和結構工程分會秘書長趙君黎（源清慧虹供圖）

作為“橋梁設計者”，中交公路規劃設計院有限公司副總工程師、中國公路學會橋梁和結構工程分會秘書長趙君黎長年關注著橋梁為期逾百年的運營“生命”。健康監測系統是否能滿足橋梁設計過程中，對于正常使用、承載能力、疲勞和耐久多種極限狀態的設定，在近年來，逐漸被添加為他關注的新內容。

起源與發展

“談到橋梁設計，傳統而言大致分為橋梁設計、橋梁施工以及橋梁運營和管養檢測三個維度，針對這一套設計，已經有了設計規范和管理辦法。健康監測系統的設計則日漸興起于近些年間，它服務于橋梁的運營與管養，不僅要注意健康監測系統本身的安全和可信，還要關注其獲取的橋梁信息是否可為管理者提供可用、可信的支持。”6月3日，2021中國山區橋梁與隧道結構安全技術交流會上，趙君黎在發言中如是說。

在他看來，結構健康監測技術是“新工科”重要的學科分支，是傳統土木工程和信息科學技術相向發展而生的新融合技術，亦是橋梁長期性能研究的重要基礎數據和應用來源。

經過約20年的研究與探索實踐，橋梁健康監測技術快速發展，越來越在橋梁日常管理、安全評估及科學管養中發揮出重要作用。

技術發展的更迭和走向在業界有目共睹。趙君黎注意到，隨著橋梁結構健康監測技術不斷發展，橋梁健康監測系統除在大跨徑纜索承重橋梁中獲得廣泛應用外，已開始向量大面廣的常規跨徑橋梁延伸。

“另一種轉變還表現在從單橋監測向橋群監管的轉變上。”據趙君黎介紹，基于“資源集約、平臺同步、數據共享、應急聯動”的橋梁管養思路，借助先進技術支撐與驅動做集群式監管，進而建立數據中心，“建設標準化、平臺數字化和監管網絡化已成為必然趨勢”。

從“數據制造”向“數據創造”轉變中，橋梁健康監測系統不僅須重視監測數據采集存儲，更須注重數據的分析應用，實現專業化與信息化的高度融合，為橋梁管養提供數據支撐。

而隨著AI、大數據等技術的飛速發展，監測數據處理應用逐漸由“人工干預”向“智能決策”方向轉變，探索實現數據自動診斷處理、在線自動分析評估等功能已成大勢。

技術及應用

在趙君黎看來，橋梁結構健康監測系統是橋梁監管、養護、維修數字化、智能化的信息工具，獲取運營期橋梁各類結構、非結構數據的重要技術手段，其按需連續、實時在線（離線）獲取數據的功能，還將以數據支撐的定量分析、判斷結構整體或局部（構件）的服役狀態。

他指出，健康監測系統應具備數字檔案輔助決策、實時報警應急管理、綜合評估指導養護、基礎研究反饋設計等功能。不僅建立全壽命周期“建、管、養、查、評、修、研”全過程信息化、數字化橋梁檔案，對橋梁運營異常狀況和結構的異常響應及時預警，還須綜合利用實時監測信息和人工巡檢結果，評估橋梁結構使用狀況、工作性能和發展規律、變化規律，為指導規范橋梁全壽命周期的養護行為提供數據支撐和科學依據。

“此外，健康監測技術還應以數據要素價值轉化為核心，解決各橋‘數據孤島、數據壁壘’問題，匯聚智庫，實現數據共享、價值共創。此外，還應能開展深層次、專業性的數據分析和理論研究，達到驗證、反哺、提升橋梁教育教學、科學研究、理論方法、工程建設、管理養護的科學技術水平。”趙君黎表示。

實際上，在橋梁管養過程中，橋梁結構健康監測技術已經得到一定推廣和應用。既可服務于突發事件的應急管理，實現結構損傷成因分析，并基于監測數據科學指導養護，還有望協同試驗檢測，實現快速評定，驗證橋梁結構設計和指導評估評定，效果可喜。

挑戰與建議

誠然，趙君黎亦關注到了當前國內橋梁結構健康監測技術發展所面臨的問題與挑戰。

在他看來，這些挑戰主要表現在七個方面。即系統構件不完善，橋梁監測未成網；資金投入待提高，專業人員待補充；標準體系不健全，實施運維待規范；基礎理論待提升，設備研發需加強；數據應用不深入，數據共享待提升；對設計理解不一致；橋梁需要的參數和監測提供參數不一致。

正所謂“發展中的問題，發展中解決”，趙君黎建議，行業主管部門應主導建立完善權威的標準體系，規范監測實施標準，并著手建立高效協同的國家級、行業級監測大數據平臺，監督行業橋梁數據互聯互通，協同產學研資源構建生態圈，優勢互補，最終實現以橋梁數據資產為橋梁科學智慧管養賦能。

“在構件完整體系、拓展監測范圍方面，還應加快實現跨江、跨海、跨湖、跨峽谷等特殊結構橋梁的運行監測系統全面覆蓋，同時逐步建設起常規跨徑重要公路橋梁的運行監測預警體系。”趙君黎表示。

同時，他提出，將監測系統納入管養制度體系，對標機電系統對監測系統的運行維護監管，提高維養資金標準，制訂設計取費標準，并加強復合人才隊伍建設。“信息時代，我們還應提升傳統土木行業百年耐久與信息技術疊加、融合、更新的協同認知。”

加強基礎研究、突破核心技術亦是解決技術瓶頸的關鍵所在。趙君黎指出，產學研機構在基礎研究上當分工協作，提升橋梁監測行業數據規律的認知，加強橋梁長期性能退化機理研究，實現數據實時分析自動評估智能化。

“與此同步，我們還需研發適合橋梁長期性能監測的傳感器及對應的采傳控設備，著重加強技術創新，以高新技術融合促進橋梁結構健康監測技術發展。”趙君黎說。

趙君黎觀摩瀘州市交通運行監測與應急指揮系統（源清慧虹供圖）