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談橋梁健康監(jiān)測(2/5)-方案設計決定成敗
導讀上一篇我與大家討論了?當監(jiān)測遇上5W1H分析，怎么破？基本認識了什么是橋梁健康監(jiān)測，接下來將與大家展開討論一下其相關技術。
應該說，監(jiān)測系統(tǒng)中的方案設計是決定一個監(jiān)測系統(tǒng)成敗的關鍵。一般來講，一個成功的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的方案主要由四大部分組成，即結構、機電、軟件、施工。下面我以中小跨徑梁橋為例展開介紹這四部分的內容。
一、結構工程
此處的設計應該是整個健康監(jiān)測系統(tǒng)的重中之重，其他都是為此服務的。具體內容包括：
了解橋梁運行現(xiàn)狀。需要的基礎資料一般包括三部分：基本設計文件、近期檢測報告和近期荷載試驗報告，重點關注病害多發(fā)位置、是否存在單向板受力等。只有理論分析和實際檢測結果相結合才能對癥下藥，開好橋梁的化驗單。
明確監(jiān)測目的。我們切忌目標設定過高，神化健康監(jiān)測，要根據(jù)現(xiàn)狀制定合理的監(jiān)測目標，如對于中小跨徑橋梁，車輛荷載實時高頻響應是監(jiān)測重點，一是能捕捉橋梁結構在突發(fā)事件（強風、地震和船舶撞擊）下的響應，即突發(fā)性損傷；二是及時發(fā)現(xiàn)在長期運營過程中累積的疲勞損傷，即累積性損傷。
設計監(jiān)測內容。此處起到承上啟下的作用，從監(jiān)測目的出發(fā)，應選擇合理的監(jiān)測項，結合現(xiàn)狀分析和結構特點分析，確定測點數(shù)量和位置，根據(jù)數(shù)據(jù)處理的要求設置合理的采樣頻率。對于中小跨徑橋梁來說，可選擇動撓度和動應變作為主監(jiān)測項，在跨中和主行車道布置撓度測點，在應力集中區(qū)域布置應變測點。根據(jù)采樣定理的要求，為保證時域不失真，頻域不出現(xiàn)頻率混疊的現(xiàn)象，采樣頻率應至少為分析頻率的5倍以上。
△ 監(jiān)測內容設計
二、機電工程
機電工程主要解決了傳感器、信號采集傳輸?shù)膯栴}，主要內容包括三方面。
傳感器選型：根據(jù)監(jiān)測項和采樣頻率的要求，選擇合適的傳感器。以動撓度監(jiān)測和應變監(jiān)測為例，目前的傳感器選型主要考慮的因素見下表：
傳感器選型參考
數(shù)據(jù)采集硬件設備：根據(jù)傳感器種類、數(shù)量、信號特征、信號采樣頻率、I/O數(shù)據(jù)吞吐量及對信號的預處理等要求，決定數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)的基本方式和具體硬件設備的選擇，遵循標準協(xié)議和標準接口，作為向傳感器發(fā)送采集指令的載體與通道。
智能網(wǎng)關設備：通常采用嵌入式系統(tǒng)，實現(xiàn)傳感信號的可靠轉換、時間同步、數(shù)據(jù)前處理、邊緣計算、遠程可控、可擴展等功能。一般與傳輸系統(tǒng)統(tǒng)一設計，采用集中式或分布式傳輸，通過4G或光纖網(wǎng)絡技術傳輸。
△ 智能網(wǎng)關設備
三、軟件工程
軟件工程是整個系統(tǒng)的出口，通過圖形化的交互操作，查看監(jiān)測系統(tǒng)的最終成果，主要包括：關系數(shù)據(jù)庫的設計、數(shù)據(jù)存儲設計、數(shù)據(jù)安全機制設計、用戶界面設計等。這部分具體的設計屬于軟件工程師的工作內容，超出筆者認知范疇，就不在此獻丑了。
從應用的角度來看，應實現(xiàn)的功能包括：系統(tǒng)管理、安全認證、數(shù)據(jù)高效存儲、高性能訪問、報警服務、豐富的前處理算法、可自定義的數(shù)據(jù)后處理、界面友好的展示系統(tǒng)。
△ 軟件功能應用
四、施工工程
在方案設計階段，施工工程主要是施工圖的繪制，包括以下三個方面。
△ 施工工程設計
說明部分：設計說明、圖例說明、編碼說明；
傳感器布置及安裝：總體布置圖、各監(jiān)測項布置圖、設備安裝圖；
數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)：系統(tǒng)圖、采集站布置圖、硬件索引表、線纜索引表、電氣原理圖、采集站內部設備布置圖、接線圖、線纜路由圖。在這就不一一詳述了。
下篇預告：監(jiān)測系統(tǒng)中方案設計環(huán)節(jié)的內容就與大家分享到這，下一篇我將與大家討論一下健康監(jiān)測系統(tǒng)中施工工程的相關話題，敬請大家交流指正。
作者簡介
張碩玉
路安交科（北京）監(jiān)測科技有限公司技術工程師
畢業(yè)于北京工業(yè)大學
碩士學位
橋隧檢測師
發(fā)明專利2項
主要從事基礎設施智慧管養(yǎng)和智能監(jiān)測相關工作
主持參與了城市橋梁智慧管養(yǎng)平臺、布達拉宮健康監(jiān)測平臺等多項軟件開發(fā)工作
參與了多項行業(yè)技術規(guī)程的編制；參與了華清大橋、金城公鐵立交大橋等多個大橋的健康監(jiān)測工作
