△ 5W1H分析法

說(shuō)起為什么要做橋梁的健康監(jiān)測(cè)，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)基本達(dá)成了共識(shí)：公路橋涵的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，在漫長(zhǎng)的運(yùn)營(yíng)期，橋梁受外部環(huán)境、自身構(gòu)件老化等影響，難免會(huì)進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)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(shí)間維修？怎么維修？下一次維修是什么時(shí)候？等等問(wèn)題就需要去解決。傳統(tǒng)的檢測(cè)工作無(wú)法保證其實(shí)時(shí)性和溯源性，因此提出了可長(zhǎng)期、實(shí)時(shí)的對(duì)橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)的解決方案。

另外一方面，橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)分析模型、計(jì)算假定和設(shè)計(jì)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(wèn)題。

橋梁健康監(jiān)測(cè)需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)有以下四個(gè)層次：

△ 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)四步法

一是方案的設(shè)計(jì)，包括監(jiān)測(cè)項(xiàng)選擇、傳感器選型、系統(tǒng)集成、軟件設(shè)計(jì)等，以保證數(shù)據(jù)獲得的準(zhǔn)確性；

二是系統(tǒng)的實(shí)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(hù)等，以保證數(shù)據(jù)的實(shí)效性；

三是數(shù)據(jù)的應(yīng)用，數(shù)據(jù)入庫(kù)后，結(jié)合結(jié)構(gòu)特性實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的科學(xué)性，以達(dá)到評(píng)估的目的；

四是數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期積累的歷史數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)人工智能在數(shù)據(jù)分析上的深層次應(yīng)用。

在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)需要做健康監(jiān)測(cè)的橋梁給出了建議，主要針對(duì)的是一些特大型橋梁和評(píng)級(jí)較差的橋梁。

前一段時(shí)間，交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)的“《公路長(zhǎng)大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施方案》的通知”中，按照“安全第一、預(yù)防為主，明確責(zé)任、分級(jí)管理，突出重點(diǎn)、分步實(shí)施，單橋監(jiān)測(cè)、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行”的原則，對(duì)跨江跨海跨峽谷等長(zhǎng)大橋梁結(jié)構(gòu)健康開(kāi)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(shí)施范圍。

目前大多數(shù)橋梁健康監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目是針對(duì)運(yùn)營(yíng)期間的橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施的，尤其是一些在運(yùn)營(yíng)期間檢測(cè)結(jié)果不是特別理想的橋梁，因此要想讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠真正的發(fā)揮作用，并能指導(dǎo)后期的運(yùn)維，時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選擇是非常重要的。

另外，針對(duì)一些滿足要求的新建公路橋梁，按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》 (JTG D60—2015)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，做到系統(tǒng)建設(shè)“三同時(shí)”，即同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)驗(yàn)收。

健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)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(duì)于執(zhí)行對(duì)象的選擇，目前市場(chǎng)上的參與者包括傳感器廠商、系統(tǒng)集成公司、檢測(cè)單位、科研單位等。每個(gè)參與者都有各自的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域也各不相同，因此將各參與者的優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合到一起，發(fā)揮各自的能力和特點(diǎn)是未來(lái)的發(fā)展方向。

一個(gè)典型的橋梁健康系統(tǒng)的項(xiàng)目，實(shí)施流程包括工程勘查、模擬分析、方案設(shè)計(jì)、工程施工、采集傳輸、軟件開(kāi)發(fā)、分析評(píng)估和系統(tǒng)維護(hù)。

△ 橋梁健康監(jiān)測(cè)實(shí)施流程

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

模擬分析主要是對(duì)擬監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物進(jìn)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(jì)這一環(huán)包括方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)兩部分，其中方案設(shè)計(jì)包括項(xiàng)目概述、監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(jì)包括設(shè)計(jì)說(shuō)明、傳感器布置及安裝（測(cè)點(diǎn)總體布置、各監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(cè)項(xiàng)電氣原理圖、線纜路由圖）等。

工程施工要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化管理，包括強(qiáng)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(jì)，遵循信號(hào)衰減最小原則、同類信號(hào)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(yùn)行環(huán)境。

軟件開(kāi)發(fā)，主要在于軟件總體設(shè)計(jì)，存儲(chǔ)總體設(shè)計(jì)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制設(shè)計(jì)、各模塊的解耦設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)備份設(shè)計(jì)、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)管理設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)安全機(jī)制設(shè)計(jì)等。

分析評(píng)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(bào)告、評(píng)估報(bào)告等的設(shè)計(jì)和自動(dòng)生成。

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