我国桥梁安全运营监测系统发展现状

(1.重庆交通大学 重庆 400074；2.重庆交通大学 重庆 400074)

大约80年代中后期，欧美、日本、香港等率先提出桥梁健康监测(即桥梁安全运营监测系统)的新概念，并先后在一些重要的大跨度桥梁上付诸实践。此项研究在我国也发展较早，在90年代中期也开始由各大高校主导开展桥梁安全运营监测系统的研究，并陆续的在各个大型桥梁上进行安装试验。经过二十多年的发展仅仅对于重庆市内运营和计划安装桥梁安全运营监测系统的桥梁就有116座，本文结合这20多年来国内的安全运营监测系统的发展状况，简述其在实际工程应用中存在的若干问题，并探讨目前运营系统中亟待解决的关键问题。

一、国内桥梁安全运营监测系统应用现状

国内早期的关于桥梁安全运营系统的发展多以高校牵头对具体桥梁开展相应的研究，并在一些重要的大型桥梁上安装了安全运营监测系统。同济大学在杨浦大桥和徐浦大桥安装的监测系统是我国最早安装的桥梁健康监测系统[1]；香港理工大学与东南大学合作设计和建立的苏通长江大桥健康监测系统是我国目前规模最大的一个桥梁安全运营监测系统，系统内包含有788个传感器[2]。近年来由于各类传感器和智能通讯技术的发展，传感器采集数据的可靠性；数据分析和处理的功能逐渐完备，几乎所有的大型桥梁都已安装或计划安装桥梁安全运营监测系统。

对于整个系统而言，不只是具备对桥梁整体监测与评估的作用，还肩负着对桥梁长期运营情况的发展进行记录以及对实际模型进行研究的意义。桥梁安全运营监测系统主要分为三大部分组成：传感系统；数据采集和处理系统；监控中心和报警阈值系统[3]。其中传感器的布设合理性关乎数据采集的完整性，分析处理系统关乎着报警的合理性和对结构现状把握的准确性。

当前我国桥梁安全运营监测系统中主要安装的传感器有GPS监测站、风速风向仪、加速度计、光栅光纤应变温度传感器、温湿度计、位移计、地震仪、挠度计等。主要监测桥梁的整体位移、；结构应变、环境温度变化、主要承重结构挠度变化以及地震情况，当然各个传感器应根据具体测量情况进行调整。合理的传感器优化布设可以提高测量精度和降低整个监测系统的安装成本，但是目前关于传感器优化方面虽然做了较多的研究但仍然处于理论和实验室试验阶段，并未在实际大型桥梁结构上得到很好的运行。

监测系统工作流程见图1

图1 桥梁安全运营监测系统工作流程图

二、国内桥梁安全运营监测系统工程实际存在的问题

发展和研究桥梁安全运营监测系统的目的在于通过对各类传感器采集数据的分析和处理，能够准确的把握当前桥梁的结构状态，为桥梁的维护、管养单位提供相应的依据和指导。虽然我国监测系统发展迅速，但从其运营现在情况来看，目前尚未达到安装预期。

(一)过分依赖自动化监测，脱离实际

随着传感器智能化和采集设备自动化的发展，现今的桥梁安全运营监测系统都过分依赖于自动化监测，而忽略了人工监测的必要性。整个监测系统的中心在于对整个结构的损伤情况把控，虽然有不同学者在利用传感器信息进行结构的损伤识别这方面做了大量的研究，但是目前的研究仍旧还处于理论和实验室对简易模型的试验阶段，尚未有大型桥梁结构处于复杂受力情况下的相应研究成果。混凝土的不确定性和结构本身处于复杂受力情况下，导致要基于监测系统的传感器信息判断混凝土开裂变得异常困难。所以，对于监测系统过分的强调其自动监测运营功能毫无意义，人工检查必须作为其辅助检查功能，覆盖整个监测系统运行过程中，在编订监测系统的同时应该制定完整、详细的人工检查策略和项目。

(二)阈值设定不具备适时性

监测系统中的报警阈值的设定，当前各个阈值设定都是基于设计状态考虑结构的单个变量值来对桥梁进行报警。马中军等[4]提出基于弹性模量的置信区间作为代表值来设定应变报警的区间阈值；何伟南[5]提出利用层次分析法计算各指标对结构的权重比例来进行报警阈值设定。这样的阈值设定并未考虑到桥梁结构在运营期间因为各类损伤造成的结构退化和各项指标在结构之中相互之间的影响，所以其结构的报警阈值在整个运营期间并不具备准确性和时效性。

(三)大数据的处理分析未形成系统理论

桥梁安全运营监测系统中的传感器设置往往是上百个，而且都是处于长期监测状态，这必将导致传感器采集的数据极其庞大，这对处理和分析系统将是一个极大的负担。当前最主要的处理手段既是对采集数据进行降噪滤波补齐，排除干扰数据，得到需要的数据波段；崔飞等[6]提出传感器的最优布设可以提高其鲁棒性，使得采集数据尽可能全面、准确。

三、结论

桥梁安全运营监测系统在我国还属于发展研究阶段，还有一些问题亟待解决，整个监测系统的设定和安装也是针对具体桥梁，并未形成相应的理论。安装的大量传感器有很大一部分在结构中并无用处，这样不仅仅增加了整个系统安装的造价，还提升了数据处理的难度，增加了后期维护的困难程度。虽然监测系统强调的是自动化，但是就目前研究看来，通过合理的制定人工巡检，识别结构损伤，判断结构退化程度，来辅助监测系统的阈值设定，保证其时效性是极其有必要的。