行業新聞
談橋梁健康監測(2/5)-方案設計決定成敗
導讀上一篇我與大家討論了?當監測遇上5W1H分析，怎么破？基本認識了什么是橋梁健康監測，接下來將與大家展開討論一下其相關技術。
應該說，監測系統中的方案設計是決定一個監測系統成敗的關鍵。一般來講，一個成功的橋梁健康監測系統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測系統的重中之重，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。
明確監測目的。我們切忌目標設定過高，神化健康監測，要根據現狀制定合理的監測目標，如對于中小跨徑橋梁，車輛荷載實時高頻響應是監測重點，一是能捕捉橋梁結構在突發事件（強風、地震和船舶撞擊）下的響應，即突發性損傷；二是及時發現在長期運營過程中累積的疲勞損傷，即累積性損傷。
設計監測內容。此處起到承上啟下的作用，從監測目的出發，應選擇合理的監測項，結合現狀分析和結構特點分析，確定測點數量和位置，根據數據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測項，在跨中和主行車道布置撓度測點，在應力集中區域布置應變測點。根據采樣定理的要求，為保證時域不失真，頻域不出現頻率混疊的現象，采樣頻率應至少為分析頻率的5倍以上。
△ 監測內容設計
二、機電工程
機電工程主要解決了傳感器、信號采集傳輸的問題，主要內容包括三方面。
傳感器選型：根據監測項和采樣頻率的要求，選擇合適的傳感器。以動撓度監測和應變監測為例，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
數據采集硬件設備：根據傳感器種類、數量、信號特征、信號采樣頻率、I/O數據吞吐量及對信號的預處理等要求，決定數據采集硬件系統的基本方式和具體硬件設備的選擇，遵循標準協議和標準接口，作為向傳感器發送采集指令的載體與通道。
智能網關設備：通常采用嵌入式系統，實現傳感信號的可靠轉換、時間同步、數據前處理、邊緣計算、遠程可控、可擴展等功能。一般與傳輸系統統一設計，采用集中式或分布式傳輸，通過4G或光纖網絡技術傳輸。
△ 智能網關設備
三、軟件工程
軟件工程是整個系統的出口，通過圖形化的交互操作，查看監測系統的最終成果，主要包括：關系數據庫的設計、數據存儲設計、數據安全機制設計、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，應實現的功能包括：系統管理、安全認證、數據高效存儲、高性能訪問、報警服務、豐富的前處理算法、可自定義的數據后處理、界面友好的展示系統。
△ 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、各監測項布置圖、設備安裝圖；
數據采集傳輸系統：系統圖、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：監測系統中方案設計環節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測系統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）監測科技有限公司技術工程師
畢業于北京工業大學
碩士學位
橋隧檢測師
發明專利2項
主要從事基礎設施智慧管養和智能監測相關工作
主持參與了城市橋梁智慧管養平臺、布達拉宮健康監測平臺等多項軟件開發工作
參與了多項行業技術規程的編制；參與了華清大橋、金城公鐵立交大橋等多個大橋的健康監測工作
