桥梁健康监测新技术应用之浅见

王鹏军 赫彦斌 聂翔 杨少华 宋宁

1. 北京源清慧虹信息科技有限公司 北京 100096；2. 石家庄市道桥设施管护中心 河北 石家庄 050000

引言

随着桥梁的跨度和复杂程度的日趋复杂化，桥梁监测技术逐渐成为保障桥梁安全运行的重要研究目标。目前，国内外科研团队已研发出多种多样的桥梁检测系统，但仍存在诸多问题如：①监测工作中不确定性因素和复杂性给技术状况、工作状态评定带来了困难和难题；②传感网络优化布设问题没有得到有效解决；③结构损伤部位识别定位技术需要深入研究。

1 BIM技术应用于桥梁养护监测中的必要性

目前全国在役桥梁众多，本研究具有极广的市场需求，项目的研究除了可应用于道路桥梁的安全性能评价外，其所建立的状态感知体系和技术状况评价技术也可用于交通运输行业的道路交通网运营养护管理工作中。BIM技术是建筑领域新推出的一种信息模型，具有较强的周期性、协调性、可视化性，支持建筑全方位监测管理。结合BIM技术的应用，将桥梁的状态感知与技术状态评价结果、预警情况、态势预测等通过BIM模型进行三位可视化形象展示、分析，为公路交通保畅全方位监测管理，并为突发事件应急管理提供技术支持和科学决策依据。通过本研究，能建立与完善基于BIM技术的桥梁结构安全运营监测系统，实现对桥梁全寿命周期安全健康地服役提供保障。降低桥梁养护和维修成本，预防桥梁结构健康安全衰减，为人民群众的生命财产安全提供保障[1]。

2 优化措施分析

（1）BIM技术的应用。BIM技术借助于计算机技术、大数据技术，构建三维立体模型，具有直观和清晰的显著特点，它既是模型构造方式的革新，又是一种管理理念的升级。BIM技术在桥梁健康监控的智慧化管理中具备广阔的应用前景，通过BIM软件的二次开发，实现云平台中数据的实时调用并导入到chart控件中，使得数据结果可以在三维模型里形象展示和精确定位，大幅度减少了判断误差和遗漏，提升了管养工作的效率。

（2）监测的重点。桥梁监测系统设计首先要解决监测参数的确定，参数的选择是否正确关系到监测系统正确的评估，即关系到监测系统是否能正常发挥其作用。结合桥梁的结构特点及健康监测系统的功能要求，综合监测系统的监测内容确定主要考虑以下几个方面的因素：①环境参数监测：桥梁处于大气环境中，长期受到桥区气候条件和水文地质作用，结构的安全性和耐久性将会受到影响。因此，需要对桥区的主要环境参数进行重点监测。②结构性能监测：为了解桥梁结构的整体工作状态，从宏观上分析结构工作性能的变化规律，需要重点监测桥梁整体变形参数。同时考虑局部应力、挠度等参数的监测。

（3）系统级别分类。按照系统规模、功能的不同大致可分将系统分为三种级别，即全效型、实用型、经济型。①全效型桥梁健康监测系统：一般应用于重要性程度高、结构新颖复杂、桥址环境恶劣的超大跨度桥梁中，其功能不仅是进行桥梁安全监测与评估，更兼有设计验证和科学研究的功能，因此无论从监测内容、监测方法、仪器选型、自动化程度，都具备较好的先进性和可靠性。②经济型桥梁健康监测系统：一般应用于重要性程度一般、结构较为简单、跨度不大的中小桥梁，其系统功能主要是进行桥梁安全监测，甚至桥梁综合评估的功能也可简单化，因此系统监测内容最少、自动化程度相对较低，组成架构也最简单。③实用型桥梁健康监测系统：介于全效型和经济型之间，其功能主要以进行桥梁安全监测与评估为主，监测内容相对全效型较少，监测方法和仪器以实用可靠为主。实用型桥梁健康监测系统可独立成为一个完整的系统，也可由几个系统共同组成区域集群健康监测平台。

基于功能与成本费用最优的原则，应在不同类型的桥梁上安装与其现状相匹配的桥梁健康监测系统。在确定桥梁健康监测系统的等级时，应主要考虑桥梁结构特点、跨度、技术状况这三个因素[2]。

3 数据集成系统设计与云平台系统设计

数据集成系统需要满足以下几个方面的要求：①能有组织地、动态地存储大量关联数据，并供多个用户访问，实现数据的充分共享、交叉访问，以及与应用程序的高度独立性，起到将现场采集网络与上层管理信息系统网络连接的作用；②快速存储动态变化的实时数据，数据库中的所有实时数据都要随监测对象的状态变化而不断刷新，其作为整个监测系统的核心部分必须在线运行，并且使数据及分析结果能够实时显示；③实现各功能模块之间的数据传递、数据交换和数据共享；④中心数据库需要与Internet结合，使远程用户可以通过浏览器对数据进行查询浏览。

4 结束语

桥梁建成通车以后，受天气环境以及通行车辆等因素的影响，桥梁结构材料会被腐蚀并随着时间老化，长期的静、动力荷载作用，使其强度和刚度随着时间的增加而降低，会使桥梁的使用寿命极大地缩短。研发桥梁结构健康安全监测系统对桥梁结构健康状况进行实时监测，并通过监测设备数据对其安全性能进行分析评估，对桥梁安全运行保障以及延长使用寿命具有重要的作用。了解桥梁实际运行状况与结构安全状况，并对桥梁的合理利用与精细化管理具有重大现实意义。