现代桥梁健康安全监测系统++(3)

六、健康监测系统改善建议与发展前景

针对目前桥梁检测系统出现的问题， 我们有必要加强研究， 更进一步优化监测技术、完善健康监测以及安全评价理论。结合我公司长期从事桥梁研究的实际经验，我们提出一些健康监测系统的改善建议，以做到在现有技术水平的基础上，设计出功能全面、性能优良、稳定耐久、经济合理的切合大桥管理实际维护要求的桥梁健康监测与安全评价系统。

（i）采用健康监测系统与传统检查方法相结合进行大桥管理维护的新策略，发展数字电子管养系统。建立好大桥健康监测系统后，理论上只需一台可以上网的电脑，就可以在世界任何地方对大桥的工作状况了如指掌。当然，实时健康监测系统虽可为桥梁评估提供即时客观的依据，但一方面由于资源、成本等方面的限制，就目前情况而言， 传感器系统不可能涵盖大桥的所有构件。此外，由于现阶段对大型桥梁在复杂环境下的响应的认识与经验的限制，也会导致对某些关键性部位监测不足。因此，在现有的技术水平下，要避免完全依赖健康监测系统的进行桥梁工作状态评估的思想，应该适当与传统的检查方法结合对大桥进行管理维护。健康监测系统主要负责全桥整体工作性能、与桥梁安全直接相关的关键点的监测以及突发事件的报警，从总体上把握全桥的工作状态，而传统检查方法应与健康系统结合一起对某些局部位置进行检查。如果能将桥梁人工检查与先进健康监测系统有机的结合起来，那么现存检测方法中的许多不足之处可有效消除。桥梁管理维护的新策略如图2所示，它综合了传统的人工检查方法与现代监测技术的长处。

桥梁维护 基于人工检查的传统桥梁维护 基于监测系统的桥梁维护 纠正式维护 预防式维护 预测式维护 评估式维护

图2 现代桥梁维护策略

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健康监测系统在桥梁维护管理中的作用是根据传感器系统的测量值或其衍生量对桥梁整体与局部作出合理评估。其中，评估式维护工作指对桥梁构件的不正常表现作出即时诊断并找出其根源。预测性维护旨在及早发现灾难性破坏的隐患，以便能采取措施加以消除或最低程度对其进行控制和延缓。从这个意义上说，完整的大桥健康记录对大跨度桥梁的健康状态作出明确清晰的预测评估是十分重要的。预防性维护通过定期的现场检查来落实，由目测或借助某些仪器对那些尚不明晰的问题进行记录分析，例如腐蚀、徐变等。当检测出桥梁有损伤发生时，就需要对其进行加固，这是显然的。在大桥整个设计使用寿命内，在确保大桥安全可靠运营前提下，使维护管理保持在相对较低的稳定水平，这是引进结构健康监测与安全评估系统的终极意义之所在。

（ii）充分利用好健康监测系统初期数据。从当前实际应用的桥梁健康系统来看，健康监测系统本身的使用寿命难以保证，而在大桥投入使用初期健康监测系统各子系统工作状况较好，因此，我们认为应该充分利用这段时间实时健康监测系统所监测的结果，建立起大桥健康工作状态的数据库，为以后的损伤识别和评估提供强有力的依据，且通过这段时间的监测数据进行统计分析，找准桥梁各构件的变化趋势，建立起精确可靠的预测模式，为制定长期稳定的检查维护计划作准备。

（iii）保证关键测点数据的长期正常采集。桥梁健康系统工作若干年后，一般都会有一个系统老化的问题，部分传感器和传输线路不能正常工作，造成数据不能正常采集。切合当前实际情况，我们的思路是系统运行若干年后，要保证与桥梁安全直接相关的关键点仍然能正常运行，这些关键点是通过桥梁结构分析、实桥经验以及前期健康监测数据确定，在这些关键点选择耐久性好且易于更换的传感器，以确保该点数据的长期正常采集。

（iv）合理的选择与使用传感器。从目前健康监测系统的传感器使用状况来看，有的传感器耐久性不够，使用一段时间后便停止工作。通过对传感器的革新，目前传感器的耐久性已得到很大的提高，因此有了更多的选择余地，对于耐久性好和易更焕的传感器应优先选用；此外，制定科学的采集策略如定时采集和触发采集，以延长传感器的使用寿命。

（v）合理的布置测点。测点的布置应遵循“安全优先、整体优先、静力优

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先、初值优先”的基本原则。测点布设方案设计者必须对桥梁结构特点非常熟悉，且有丰富的桥梁检测和评估经验，这样才能把测点设在最合理最关键的位置，从而避免投资浪费和重要数据缺失。

（vi）选择最佳的测点布置时机。目前有些桥梁健康监测系统往往在大桥建成后布设测点，有的在大桥运行一段时间后意识到其重要性后布设，有的则在出现裂缝或其它损伤后再进行测点布设，我们认为最佳的时间是在施工阶段阶段就进行测点布设。在施工阶段即进行测点布设的健康监测系统工作状况较好、可靠性更高、发挥的实际效应更佳。

从研究现状和实际应用来看，健康监测系统的评估内容基本统一、评估理论日趋成熟。通过对传感器的革新和自动远程监控技术的更新换代，桥梁结构健康监测与安全评价系统正向简单易装、经济可行、持久可靠的方向发展，并已在或将在包括江阴大桥、南京三桥、润扬大桥、苏通大桥以及阳逻长江大桥在内的世界许多大桥中得到应用。从发展趋势来看，随着测控技术的发展，健康监测成本相对降低，而特大、复杂桥梁结构的病害显得愈发突出，桥梁结构健康监测与安全评价系统已开始逐渐成为大桥建设工程的一部分，正在兴建的湖北鄂东大桥、香港昂船洲大桥以及深圳西部通道大桥结构健康监测系统均在进行设计规划。鄂东大桥将投资1300万用以建立大桥的实时健康监测系统，而包含大约1271个各类传感器的昂船洲大桥结构健康监测系统将会是世界上最具规模的大桥实时监测系统。可以预计，桥梁结构健康监测与安全评价系统将在桥梁管理中发挥越来越大的作用，一个桥梁数字化时代正在来临。

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