△ 5W1H分析法

說起為什么要做橋梁的健康監(jiān)測，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)基本達成了共識：公路橋涵的設(shè)計基準期為100年，在漫長的運營期，橋梁受外部環(huán)境、自身構(gòu)件老化等影響，難免會進行修修補補以維持其正常的工作。

那么，病害產(chǎn)生的原因是什么？什么時間維修？怎么維修？下一次維修是什么時候？等等問題就需要去解決。傳統(tǒng)的檢測工作無法保證其實時性和溯源性，因此提出了可長期、實時的對橋梁進行監(jiān)測的解決方案。

另外一方面，橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為驗證結(jié)構(gòu)分析模型、計算假定和設(shè)計方法提供反饋信息，并可用于深入研究橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境中的未知或不確定性問題。

橋梁健康監(jiān)測需要實現(xiàn)的目標有以下四個層次：

△ 實現(xiàn)目標四步法

一是方案的設(shè)計，包括監(jiān)測項選擇、傳感器選型、系統(tǒng)集成、軟件設(shè)計等，以保證數(shù)據(jù)獲得的準確性；

二是系統(tǒng)的實施，包括工程施工，數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、管理和系統(tǒng)的后期維護等，以保證數(shù)據(jù)的實效性；

三是數(shù)據(jù)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)入庫后，結(jié)合結(jié)構(gòu)特性實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的科學(xué)性，以達到評估的目的；

四是數(shù)據(jù)的預(yù)測，通過對長期積累的歷史數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)人工智能在數(shù)據(jù)分析上的深層次應(yīng)用。

在國家標準和行業(yè)標準中，對需要做健康監(jiān)測的橋梁給出了建議，主要針對的是一些特大型橋梁和評級較差的橋梁。

前一段時間，交通運輸部辦公廳印發(fā)的“《公路長大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)實施方案》的通知”中，按照“安全第一、預(yù)防為主，明確責任、分級管理，突出重點、分步實施，單橋監(jiān)測、聯(lián)網(wǎng)運行”的原則，對跨江跨?？鐛{谷等長大橋梁結(jié)構(gòu)健康開展實時監(jiān)測，并明確了公路在役和在建單孔跨徑 500 米以上的懸索橋、單孔跨徑300 米以上的斜拉橋、單孔跨徑 160 米以上的梁橋和單孔跨徑 200米以上的拱橋，共401座大型橋梁，原則上均納入實施范圍。

目前大多數(shù)橋梁健康監(jiān)測的項目是針對運營期間的橋梁進行設(shè)計和實施的，尤其是一些在運營期間檢測結(jié)果不是特別理想的橋梁，因此要想讓監(jiān)測系統(tǒng)能夠真正的發(fā)揮作用，并能指導(dǎo)后期的運維，時間節(jié)點的選擇是非常重要的。

另外，針對一些滿足要求的新建公路橋梁，按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 (JTG D60—2015)等標準規(guī)范要求，做到系統(tǒng)建設(shè)“三同時”，即同時設(shè)計、同時施工、同時驗收。

健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個非常典型的多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，需要結(jié)構(gòu)專業(yè)、硬件專業(yè)、軟件專業(yè)等多領(lǐng)域的人員參與。對于執(zhí)行對象的選擇，目前市場上的參與者包括傳感器廠商、系統(tǒng)集成公司、檢測單位、科研單位等。每個參與者都有各自的優(yōu)勢和特點，各自擅長的領(lǐng)域也各不相同，因此將各參與者的優(yōu)勢有機結(jié)合到一起，發(fā)揮各自的能力和特點是未來的發(fā)展方向。

一個典型的橋梁健康系統(tǒng)的項目，實施流程包括工程勘查、模擬分析、方案設(shè)計、工程施工、采集傳輸、軟件開發(fā)、分析評估和系統(tǒng)維護。

△ 橋梁健康監(jiān)測實施流程

前期的工程勘查主要包括對結(jié)構(gòu)物進行全面的檢測，掌握結(jié)構(gòu)物的現(xiàn)狀信息。

模擬分析主要是對擬監(jiān)測的結(jié)構(gòu)物進行理論分析，建立有限元模型，模擬不同的工況，分析結(jié)構(gòu)物最不利狀態(tài)。

方案設(shè)計這一環(huán)包括方案設(shè)計和施工圖設(shè)計兩部分，其中方案設(shè)計包括項目概述、監(jiān)測項選擇、傳感器選型安裝、數(shù)據(jù)采集傳輸、客戶端應(yīng)用等；施工圖設(shè)計包括設(shè)計說明、傳感器布置及安裝（測點總體布置、各監(jiān)測項的布置和安裝圖）、數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)（系統(tǒng)圖、采集站布置安裝、設(shè)備索引、線纜索引、各監(jiān)測項電氣原理圖、線纜路由圖）等。

工程施工要按照國家標準進行規(guī)范化管理，包括強弱電施工規(guī)范、防雷措施、接地措施等，以保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抗干擾性。

采集傳輸的設(shè)計，遵循信號衰減最小原則、同類信號通道集中原則、通道預(yù)留原則等，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定與安全的運行環(huán)境。

軟件開發(fā)，主要在于軟件總體設(shè)計，存儲總體設(shè)計、海量數(shù)據(jù)存儲機制設(shè)計、各模塊的解耦設(shè)計、數(shù)據(jù)備份設(shè)計、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)管理設(shè)計、數(shù)據(jù)安全機制設(shè)計等。

分析評估，主要是數(shù)據(jù)的前處理、在線分析、離線分析、數(shù)據(jù)報告、評估報告等的設(shè)計和自動生成。

系統(tǒng)的運營維護，以保障系統(tǒng)的正常運行，包括日常管理、定期檢查與維護（傳感器、采集、存儲、顯示和軟件）、異常事件處置等。