城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)

張 立

（肥城城資建設(shè)發(fā)展有限公司，山東 泰安 271600）

城市道路和橋梁是城市交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分，對(duì)保障城市居民出行、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著不可替代的作用。隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大和車流量的增加，道路和橋梁結(jié)構(gòu)面臨著更大的壓力和挑戰(zhàn)。因此，及時(shí)、有效的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)顯得尤為重要。

1 城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 傳感器技術(shù)

在城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，傳感器技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用。各類先進(jìn)的傳感器，如應(yīng)變傳感器和加速度計(jì)等被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)感知結(jié)構(gòu)變形、裂縫、振動(dòng)等變化，為維護(hù)工作提供數(shù)據(jù)支持。

1.1.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)參數(shù)

傳感器技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路和橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，應(yīng)變傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)的應(yīng)變情況，加速度計(jì)可以檢測(cè)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，實(shí)時(shí)采集和分析數(shù)據(jù)，以便迅速發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)可能存在的問(wèn)題，并提前采取相應(yīng)的維護(hù)措施。表1 是一組模擬數(shù)據(jù)，展示了應(yīng)變傳感器和加速度計(jì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

表1 應(yīng)變傳感器和加速度計(jì)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

1.1.2 精準(zhǔn)診斷結(jié)構(gòu)問(wèn)題

傳感器技術(shù)具有高精度和高靈敏性特點(diǎn)，是診斷道路和橋梁結(jié)構(gòu)問(wèn)題的可靠工具。通過(guò)傳感器采集到的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，工程師能夠深入了解結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面，包括微小裂縫和變形等缺陷，更快速、更準(zhǔn)確地定位和診斷問(wèn)題，從而及時(shí)采取措施，防止問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大。在結(jié)構(gòu)問(wèn)題診斷中，傳感器的高靈敏性能夠捕捉結(jié)構(gòu)變化的細(xì)微信號(hào)，這些信號(hào)可能是健康狀況下的正常波動(dòng)，也可能是潛在問(wèn)題的早期跡象。通過(guò)分析這些信號(hào)，工程師可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，進(jìn)而采取預(yù)防性的維護(hù)措施，以保證結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。傳感器技術(shù)的精準(zhǔn)診斷，為城市基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。

1.1.3 數(shù)據(jù)支持維護(hù)工作

傳感器技術(shù)數(shù)據(jù)，為城市道路和橋梁的維護(hù)工作提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持。通過(guò)監(jiān)測(cè)、分析結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動(dòng)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，工程師可以全面了解結(jié)構(gòu)的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，同時(shí)使維護(hù)工作更加精細(xì)化和有針對(duì)性。工程師可以根據(jù)傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果，制定相應(yīng)的維護(hù)方案，進(jìn)而有針對(duì)性地解決結(jié)構(gòu)問(wèn)題，提高維護(hù)工作效率。例如，裂縫或變形等問(wèn)題，可以選擇表層修復(fù)、涂層更新等維護(hù)措施，避免一刀切的維護(hù)方式，更加經(jīng)濟(jì)、高效。另外，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)支持，使維護(hù)工程更加科學(xué)化和智能化，保證城市基礎(chǔ)設(shè)施長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行，不僅提高了城市交通設(shè)施的可靠性，也降低了維護(hù)成本，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

1.2 遙感技術(shù)

1.2.1 遙感技術(shù)能夠提供高分辨率的影像數(shù)據(jù)

在城市基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)中，遙感技術(shù)發(fā)揮著重要作用，尤其是在對(duì)城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)的全面監(jiān)測(cè)中，可利用衛(wèi)星和飛機(jī)拍攝高分辨率圖像。遙感技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，高分辨率影像數(shù)據(jù)是捕捉微小結(jié)構(gòu)變化和病害跡象的強(qiáng)大工具。衛(wèi)星和飛機(jī)能夠捕捉到城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，包括裂縫、腐蝕、位移等微小變化，這些高精度數(shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)人員提供了更詳細(xì)、全面的信息，幫助他們及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題。其次，高分辨率圖像為工程師和管理者及時(shí)提供信息反饋。通過(guò)遙感技術(shù)，監(jiān)測(cè)人員能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取大范圍的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市道路和橋梁的全面監(jiān)測(cè)，有助于更準(zhǔn)確地評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀況，為決策者提供科學(xué)依據(jù)，使其迅速采取相應(yīng)措施。最后，通過(guò)遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)有助于及早發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題。微小的結(jié)構(gòu)變化和病害跡象可能是健康問(wèn)題的前兆，及時(shí)捕捉這些跡象可以避免問(wèn)題進(jìn)一步惡化，早期預(yù)警，有助于提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和可靠性。遙感技術(shù)的具體應(yīng)用及特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2 遙感技術(shù)的具體應(yīng)用及特點(diǎn)

1.2.2 遙感技術(shù)的多源數(shù)據(jù)融合

整合不同時(shí)間、不同平臺(tái)的遙感數(shù)據(jù)，可以形成全方位、多角度的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)體系，這種綜合性的數(shù)據(jù)融合，使監(jiān)測(cè)結(jié)果更加可靠，有助于全面呈現(xiàn)城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)的演變和健康狀態(tài)。例如，無(wú)人機(jī)作為實(shí)現(xiàn)遙感技術(shù)的重要工具，可以高效監(jiān)測(cè)城市道路和橋梁。無(wú)人機(jī)搭載各類傳感器，靈活地飛越目標(biāo)區(qū)域，獲取高分辨率的圖像和三維數(shù)據(jù)。無(wú)人機(jī)靈活和高精度的數(shù)據(jù)獲取方式，使其在定期巡檢和應(yīng)急監(jiān)測(cè)中表現(xiàn)出色，為城市基礎(chǔ)設(shè)施的健康管理提供了強(qiáng)大的支持。遙感技術(shù)在城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中充當(dāng)著不可或缺的角色，其高分辨率的圖像獲取、多源數(shù)據(jù)融合和無(wú)人機(jī)的靈活應(yīng)用，使其成為保證城市基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)、高效的監(jiān)測(cè)手段。例如，針對(duì)病害識(shí)別，無(wú)人機(jī)平臺(tái)可搭載高分辨率攝像頭，按照預(yù)設(shè)路徑對(duì)待檢橋梁進(jìn)行繞飛，通過(guò)采集橋梁所有可視表面的高分辨率圖像，利用系統(tǒng)圖像識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別并提取裂縫、破損、露筋、位移等病害信息，并準(zhǔn)確標(biāo)注其空間位置，從而實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，通過(guò)傾斜攝影，系統(tǒng)可整合傳感器的感知數(shù)據(jù)、病害檢查數(shù)據(jù)和橋梁運(yùn)行數(shù)據(jù)，還可構(gòu)建城市橋梁群BIM 模型，用于制定可視化展示和養(yǎng)護(hù)決策。對(duì)于沒(méi)有交付BIM 模型或數(shù)字圖紙缺失的橋梁，可利用無(wú)人機(jī)搭載五鏡頭攝像機(jī)，根據(jù)預(yù)設(shè)路線采集橋梁結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境信息，快速構(gòu)建三維模型。在BIM 軟件中，基于傾斜攝影模型，搭建精細(xì)化的橋梁三維模型，疊加橋梁運(yùn)行、病害、養(yǎng)護(hù)等信息，形成支撐橋梁健康監(jiān)測(cè)的BIM 模型，如圖1 所示。

圖1 無(wú)人機(jī)病害檢查三維立體圖

這種先進(jìn)的技術(shù)手段不僅提高了橋梁監(jiān)測(cè)效率和準(zhǔn)確性，也為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施管理和維護(hù)提供了科學(xué)的依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)全面、精細(xì)、智能的監(jiān)測(cè)和維護(hù)。

2 城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)健康維護(hù)方法

2.1 定期檢查與維護(hù)

第一，定期巡檢是發(fā)現(xiàn)道路和橋梁結(jié)構(gòu)問(wèn)題的重要手段之一。通過(guò)系統(tǒng)性的視覺(jué)檢查，工程師和管理者可以觀察道路和橋梁的表面狀況，檢查支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，評(píng)估交叉口和連接部分是否出現(xiàn)異常，以幫助其及早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)問(wèn)題，及時(shí)采取維修和保養(yǎng)措施。在巡檢過(guò)程中，工程師和管理者需要仔細(xì)觀察道路和橋梁的各個(gè)部分，如檢查道路的平整度、表面狀況、裂縫情況等，以及橋梁的支撐結(jié)構(gòu)是否存在松動(dòng)、腐蝕、損壞等情況。此外，需要評(píng)估交叉口和連接部分的穩(wěn)定性，以確保交通流暢和安全。視覺(jué)檢查可以發(fā)現(xiàn)早期結(jié)構(gòu)問(wèn)題，如微小裂縫、表面腐蝕和變形等，可以根據(jù)道路和橋梁的使用情況和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)安排定期巡檢，一般高負(fù)荷、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的道路和橋梁巡檢更頻繁。同時(shí)，應(yīng)將巡檢結(jié)果記錄在巡檢報(bào)告中，并進(jìn)行分析，以便準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)健康狀況，為制定維修和保養(yǎng)計(jì)劃提供依據(jù)。

第二，及時(shí)采取維護(hù)措施是預(yù)防小問(wèn)題演變?yōu)榇蠊收系年P(guān)鍵。一旦在定期檢查中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，需要立即采取修復(fù)和維護(hù)措施，包括修補(bǔ)損壞部分、更換受損結(jié)構(gòu)材料、加固支撐結(jié)構(gòu)等。及時(shí)維護(hù)可以防止問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大，確保結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期穩(wěn)定。維護(hù)內(nèi)容包括表層修復(fù)、涂層更新、路面補(bǔ)強(qiáng)等工作。表層修復(fù)是指修復(fù)路面或橋梁表面的損壞部分，如填充裂縫、修補(bǔ)坑洞等，以改善道路的平整度和舒適性，提高司機(jī)的駕駛體驗(yàn)。涂層更新是為了保護(hù)結(jié)構(gòu)材料不受外部環(huán)境侵蝕，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。路面補(bǔ)強(qiáng)則通過(guò)增加支撐層或使用更強(qiáng)固的材料來(lái)提高結(jié)構(gòu)的承載能力，以適應(yīng)交通負(fù)荷的變化和發(fā)展。在開(kāi)展維護(hù)工作時(shí)，需要使用合適的材料和技術(shù)來(lái)保證修復(fù)質(zhì)量和持久性。此外，維護(hù)工作需要考慮施工時(shí)間和交通影響，通常在交通量較少的時(shí)間段開(kāi)展，以減少對(duì)交通的影響。同時(shí)，要與相關(guān)部門和交通管理機(jī)構(gòu)合作，以保證維護(hù)工作順利進(jìn)行。

第三，維護(hù)工作的首要目標(biāo)是延長(zhǎng)道路和橋梁的結(jié)構(gòu)壽命，采取上述維護(hù)方法，及時(shí)修復(fù)和加固結(jié)構(gòu)中存在的問(wèn)題，可以有效減緩結(jié)構(gòu)老化過(guò)程，有助于保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，延長(zhǎng)城市道路和橋梁的使用壽命，提高基礎(chǔ)設(shè)施的整體性能。同時(shí)，定期維護(hù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理結(jié)構(gòu)問(wèn)題，避免問(wèn)題進(jìn)一步惡化，進(jìn)而減少維修資源和費(fèi)用。其中，相較于緊急維修，預(yù)防性的定期維護(hù)更加經(jīng)濟(jì)、高效。通過(guò)維護(hù)工作，可以更好地保護(hù)和管理城市現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，避免大規(guī)模的修復(fù)和重建，符合可持續(xù)發(fā)展原則，可延長(zhǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命，減少新建需求。從綜合角度看，維護(hù)工作在提高結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)，為保證城市基礎(chǔ)設(shè)施長(zhǎng)期健康和可持續(xù)性發(fā)展作出了積極的貢獻(xiàn)。

2.2 智能化修復(fù)技術(shù)

智能化修復(fù)技術(shù)是一種應(yīng)用新型材料和智能傳感器的先進(jìn)技術(shù)，用于精細(xì)修復(fù)城市道路和橋梁的結(jié)構(gòu)缺陷，其結(jié)合了科學(xué)的材料、智能傳感技術(shù)和工程學(xué)的創(chuàng)新成果，旨在提高維護(hù)效率和修復(fù)質(zhì)量。一方面，應(yīng)用新型材料是智能化修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。例如，納米材料在修復(fù)路面裂縫方面表現(xiàn)優(yōu)異，具有出色的力學(xué)性能和化學(xué)活性，能夠更好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)表面變化，并形成堅(jiān)固的修復(fù)層，不僅提高了修復(fù)的耐久性，還減少了常規(guī)維護(hù)需求。另一方面，應(yīng)用智能傳感器使得結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)更智能和自動(dòng)化。在結(jié)構(gòu)表面安裝智能傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變化和損傷情況。一旦檢測(cè)到問(wèn)題，智能傳感器可以觸發(fā)自動(dòng)修復(fù)系統(tǒng)，通過(guò)釋放修復(fù)材料、調(diào)整結(jié)構(gòu)形態(tài)等方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù)，不僅提高了維護(hù)的響應(yīng)速度，還減少了人工干預(yù)的工作量。綜合來(lái)看，智能化修復(fù)技術(shù)為城市基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)注入了新的活力。結(jié)合新型材料和智能傳感器，不僅提高了修復(fù)效率，還能取得更持久和可靠的修復(fù)效果，為城市交通設(shè)施的可持續(xù)運(yùn)行作出積極貢獻(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

城市道路和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與維護(hù)是城市交通系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要保障。隨著科技的不斷進(jìn)步，監(jiān)測(cè)和維護(hù)技術(shù)更加智能化和精準(zhǔn)化。未來(lái)，可以通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，建立更為完善的城市交通基礎(chǔ)設(shè)施管理體系，提高城市道路和橋梁的整體運(yùn)行效率。