桥梁健康监测系统发展存在哪些问题?桥梁健康监测系统行业调研

• 黄文玉 2024年1月26日 来源：互联网 581 32
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桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契机。由运营中的桥梁结构与其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，还可以提供有关结构行为和环境规律的最真实是信息。

桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。然而，桥梁结构健康监测不仅是为了结构状态监控和评估，其信息反馈于结构设计的更深远的意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等可能得到改进。再有就是桥梁健康监测带来的不仅仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思，还可能并应该成为桥梁研究的“现场实验室”。

桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契机。由运营中的桥梁结构与其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，还可以提供有关结构行为和环境规律的最真实是信息。因此，桥梁健康监测不只是传统桥梁检测加结构评估新技术，而且被赋予了结构监控与评估、设计验证和研究与发展三方面的意义。

桥梁健康监测系统行业现状及发展趋势分析

在国外20世纪80年代以来，在北美、欧洲和亚洲的一些国家和地区，相继发生了一些桥梁结构的突然性断裂性事故，使人们意识到对桥梁结构的健康诊断的重要性和迫切性。80年代后期，国外明确提出了桥梁结构健康监测的新思路和概念，并先后开始在一些重要的大跨度桥梁上建立了结构健康监测系统。例如丹麦的GreatBeltEast桥(大带东桥)。

这是一座跨径布置为535m+1624m+535m的水利。为评估该桥结构整体性、耐久性和可靠性，COWI公司为该桥设计了一个多达1000个传感器的监测系统。该系统监测的内容包括主缆、吊杆和索夹的应力;桥面箱梁的加速度、应力、支撑处的位移;下部结构的腐蚀监测、桥梁的倾角、桥塔规范应变;基础的土质监测;气候监测等。

桥梁健康监测系统综合了现代传感技术、网络通讯技术、信号分析与处理技术、数据管理方法、知识挖掘、预测技术及桥梁结构分析理论等多个领域的知识，极大地延拓了桥梁检测领域，提高了预测评估的可靠性。基于GPRS网络的桥隧结构无线监测系统是集现代化传感技术、测试技术、计算机技术及现代网络通信技术，是一个分布式、网络化和全开放的监控系统。由于传统桥梁养护管理模式的检测方法和手段的局限性，很难适合大规模桥隧结构评定的发展要求。

根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年中国桥梁健康监测系统行业发展趋势与投资咨询报告》显示：

在20世纪80年代中后期，欧美一些国家首先明确提出了结构健康监测新理念，并先后在一些重要的桥梁安装健康监测系统。我国自20世纪90年代也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的长期健康监测系统，如香港的Lautau Fixed Crossing和青马大桥，大陆的虎门大桥、徐浦大桥等。在桥梁上安装使用实时健康监测系统是未来桥梁监测发展方向和趋势。

随着改革开放以来经济的快速发展，国内的交通网络在不断的丰富、完善，桥梁建设迎来了建设的黄金时代。桥梁不仅在公路交通运输中发挥着至关重要的作用，而且在高铁架设过程中具有不可替代的地位。伴随着桥梁的建造技术的迅猛发展，近几年来国内涌现出了许多大型，特大型的桥梁，如湖南矮寨大桥，杭州湾跨海大桥等，这些非凡的成就既展现了中国桥梁技术的腾飞，也大大提升了中国桥梁工程建设的国际地位。因为国内桥梁现代化建设起步时间较晚，因而大部分桥梁结构强度仍处在合理的范围内，尚未出现结构疲劳，然而随着时间的迁移，桥梁结构的健康问题将会凸显出来。

如何做到结构隐患早发现，早排除，这不仅关系到人民群众的生命财产安全，而且还能为业主挽回巨大的财产损失。由于下游需求的快速上升，桥梁健康监测系统产量迅速增长。数据显示，2020-2022年，我国桥梁健康监测系统产量由2289套上升到2587套。我国桥梁健康监测系统行业市场规模为33.9亿元。预计2023-2028年我国桥梁健康监测产量将保持较快增速，到2028年桥梁监测系统产量达3910套。

桥梁健康监测系统发展存在问题

随着传感器智能化和采集设备自动化的发展，桥梁健康监测系统往往过分强调其自动监测功能，忽视了人工检查的作用。据不完全统计，在我国桥梁健康监测系统建设初期(1999.2005)，只有20%左右的监测系统将人工检查纳入健康监测系统，而在近十年(2006.2015)己建成的监测系统中，这一比例上升到50%左右，但其中只有不到1/3的监测系统制定了详细人工检查策略和项目，如表1所示。从现实情况来看，单纯依靠自动监测是不够的，一是由于投资限制，自动监测测点有限，不能覆盖所有桥梁构件，甚至难以覆盖与结构安全性和耐久性相关的所有重要部位;二是由于监测技术限制，监测项目不全，如混凝土裂缝、钢构件锈蚀、支座老化等耐久性监测项目往往难以通过仪器自动监测。因此，无论从经济或技术角度来说，单纯依靠自动监测手段难以实现全面的桥梁健康监测，得到的有限监测信息不足以支撑后续的预警与评估，从而制约了监测系统作用的发挥。

国内的桥梁健康监测系统普遍重视硬件系统的建设，许多大跨度桥梁健康监测系统配备了数量众多、性能良好的传感器、采集仪、通信设备和工作站等，这些设备无疑使监测系统的硬件性能更加突出。然而，在需求尚不明确的情况下，一些监测系统的硬件建设存在盲目性和随意性，相当一部分硬件设备并未真正发挥作用，造成浪费。另外，面对桥梁恶劣的工作环境，愈发庞大的硬件设备规模也增加了系统集成和维护管理的难度，降低了监测系统的稳定性和耐久性。与硬件系统相比，我国桥梁健康监测系统在分析系统(包括算法和软件两个层面)的开发上显得相对薄弱，没有体现出与硬件系统相匹配的分析能力。

对于算法层面，受制于理论的不完善和实际结构的复杂性，目前系统在海量数据处理与有效信息提取、实时预警、损伤识别、健康状态综合评估、决策与支持等方面的功能都存在缺失或不完善的情况。例如，据不完全统计，我国桥梁健康监测系统在分析中强调损伤识别的比例超过70%，而强调承载能力和疲劳寿命评估的比例仅25%左右。现实情况是，由于测点有限、环境噪声和结构复杂性等原因，目前在结构复杂的大跨度桥梁中较难实现全面的损伤识别，单纯依靠损伤识别结果也不足以评估其健康状态，且无法与关键设计指标挂钩。

因此，分析系统的薄弱导致桥梁健康监测系统无法真正把握桥梁的健康状况，有限的分析结果也不够“接地气”，难以为桥梁维护、维修与管理决策提供足够的依据和指导。其次，对于软件层面，在交互界面的设计上往往不够重视，导致监测信息显示不直观、图形界面不友好，软件可扩展性差，难以让工程人员接受。

目前己建的桥梁健康监测系统基本属于单体式监测系统，即监测系统仅针对某一特定大桥进行设计，两者具有一一对应的关系，其硬件系统不具备监测多座桥梁的能力，而集群式监测的工程实例相对较少。单体式监测是桥梁健康监测的基本形式，存在以下两点不足：一是单体式监测需建立一一对应的“监测中心”，重复投资的结果是造成资源浪费;二是单体式监测覆盖面有限且系统之间相互独立，缺乏整合和沟通，容易形成“信息孤岛”，无法为同一区域内桥梁整体安全及综合评估提供有效的技术支持。

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