趙君黎：橋梁結構健康監(jiān)測，從設計開始

文/本刊記者 陳楠枰

中交公路規(guī)劃設計院有限公司副總工程師、中國公路學會橋梁和結構工程分會秘書長趙君黎（源清慧虹供圖）

作為“橋梁設計者”，中交公路規(guī)劃設計院有限公司副總工程師、中國公路學會橋梁和結構工程分會秘書長趙君黎長年關注著橋梁為期逾百年的運營“生命”。健康監(jiān)測系統(tǒng)是否能滿足橋梁設計過程中，對于正常使用、承載能力、疲勞和耐久多種極限狀態(tài)的設定，在近年來，逐漸被添加為他關注的新內容。

起源與發(fā)展

“談到橋梁設計，傳統(tǒng)而言大致分為橋梁設計、橋梁施工以及橋梁運營和管養(yǎng)檢測三個維度，針對這一套設計，已經有了設計規(guī)范和管理辦法。健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計則日漸興起于近些年間，它服務于橋梁的運營與管養(yǎng)，不僅要注意健康監(jiān)測系統(tǒng)本身的安全和可信，還要關注其獲取的橋梁信息是否可為管理者提供可用、可信的支持。”6月3日，2021中國山區(qū)橋梁與隧道結構安全技術交流會上，趙君黎在發(fā)言中如是說。

在他看來，結構健康監(jiān)測技術是“新工科”重要的學科分支，是傳統(tǒng)土木工程和信息科學技術相向發(fā)展而生的新融合技術，亦是橋梁長期性能研究的重要基礎數(shù)據和應用來源。

經過約20年的研究與探索實踐，橋梁健康監(jiān)測技術快速發(fā)展，越來越在橋梁日常管理、安全評估及科學管養(yǎng)中發(fā)揮出重要作用。

技術發(fā)展的更迭和走向在業(yè)界有目共睹。趙君黎注意到，隨著橋梁結構健康監(jiān)測技術不斷發(fā)展，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)除在大跨徑纜索承重橋梁中獲得廣泛應用外，已開始向量大面廣的常規(guī)跨徑橋梁延伸。

“另一種轉變還表現(xiàn)在從單橋監(jiān)測向橋群監(jiān)管的轉變上?！睋w君黎介紹，基于“資源集約、平臺同步、數(shù)據共享、應急聯(lián)動”的橋梁管養(yǎng)思路，借助先進技術支撐與驅動做集群式監(jiān)管，進而建立數(shù)據中心，“建設標準化、平臺數(shù)字化和監(jiān)管網絡化已成為必然趨勢”。

從“數(shù)據制造”向“數(shù)據創(chuàng)造”轉變中，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)不僅須重視監(jiān)測數(shù)據采集存儲，更須注重數(shù)據的分析應用，實現(xiàn)專業(yè)化與信息化的高度融合，為橋梁管養(yǎng)提供數(shù)據支撐。

而隨著AI、大數(shù)據等技術的飛速發(fā)展，監(jiān)測數(shù)據處理應用逐漸由“人工干預”向“智能決策”方向轉變，探索實現(xiàn)數(shù)據自動診斷處理、在線自動分析評估等功能已成大勢。

技術及應用

在趙君黎看來，橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)是橋梁監(jiān)管、養(yǎng)護、維修數(shù)字化、智能化的信息工具，獲取運營期橋梁各類結構、非結構數(shù)據的重要技術手段，其按需連續(xù)、實時在線（離線）獲取數(shù)據的功能，還將以數(shù)據支撐的定量分析、判斷結構整體或局部（構件）的服役狀態(tài)。

他指出，健康監(jiān)測系統(tǒng)應具備數(shù)字檔案輔助決策、實時報警應急管理、綜合評估指導養(yǎng)護、基礎研究反饋設計等功能。不僅建立全壽命周期“建、管、養(yǎng)、查、評、修、研”全過程信息化、數(shù)字化橋梁檔案，對橋梁運營異常狀況和結構的異常響應及時預警，還須綜合利用實時監(jiān)測信息和人工巡檢結果，評估橋梁結構使用狀況、工作性能和發(fā)展規(guī)律、變化規(guī)律，為指導規(guī)范橋梁全壽命周期的養(yǎng)護行為提供數(shù)據支撐和科學依據。

“此外，健康監(jiān)測技術還應以數(shù)據要素價值轉化為核心，解決各橋‘數(shù)據孤島、數(shù)據壁壘’問題，匯聚智庫，實現(xiàn)數(shù)據共享、價值共創(chuàng)。此外，還應能開展深層次、專業(yè)性的數(shù)據分析和理論研究，達到驗證、反哺、提升橋梁教育教學、科學研究、理論方法、工程建設、管理養(yǎng)護的科學技術水平?！壁w君黎表示。

實際上，在橋梁管養(yǎng)過程中，橋梁結構健康監(jiān)測技術已經得到一定推廣和應用。既可服務于突發(fā)事件的應急管理，實現(xiàn)結構損傷成因分析，并基于監(jiān)測數(shù)據科學指導養(yǎng)護，還有望協(xié)同試驗檢測，實現(xiàn)快速評定，驗證橋梁結構設計和指導評估評定，效果可喜。

挑戰(zhàn)與建議

誠然，趙君黎亦關注到了當前國內橋梁結構健康監(jiān)測技術發(fā)展所面臨的問題與挑戰(zhàn)。

在他看來，這些挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在七個方面。即系統(tǒng)構件不完善，橋梁監(jiān)測未成網；資金投入待提高，專業(yè)人員待補充；標準體系不健全，實施運維待規(guī)范；基礎理論待提升，設備研發(fā)需加強；數(shù)據應用不深入，數(shù)據共享待提升；對設計理解不一致；橋梁需要的參數(shù)和監(jiān)測提供參數(shù)不一致。

正所謂“發(fā)展中的問題，發(fā)展中解決”，趙君黎建議，行業(yè)主管部門應主導建立完善權威的標準體系，規(guī)范監(jiān)測實施標準，并著手建立高效協(xié)同的國家級、行業(yè)級監(jiān)測大數(shù)據平臺，監(jiān)督行業(yè)橋梁數(shù)據互聯(lián)互通，協(xié)同產學研資源構建生態(tài)圈，優(yōu)勢互補，最終實現(xiàn)以橋梁數(shù)據資產為橋梁科學智慧管養(yǎng)賦能。

“在構件完整體系、拓展監(jiān)測范圍方面，還應加快實現(xiàn)跨江、跨海、跨湖、跨峽谷等特殊結構橋梁的運行監(jiān)測系統(tǒng)全面覆蓋，同時逐步建設起常規(guī)跨徑重要公路橋梁的運行監(jiān)測預警體系。”趙君黎表示。

同時，他提出，將監(jiān)測系統(tǒng)納入管養(yǎng)制度體系，對標機電系統(tǒng)對監(jiān)測系統(tǒng)的運行維護監(jiān)管，提高維養(yǎng)資金標準，制訂設計取費標準，并加強復合人才隊伍建設。“信息時代，我們還應提升傳統(tǒng)土木行業(yè)百年耐久與信息技術疊加、融合、更新的協(xié)同認知。”

加強基礎研究、突破核心技術亦是解決技術瓶頸的關鍵所在。趙君黎指出，產學研機構在基礎研究上當分工協(xié)作，提升橋梁監(jiān)測行業(yè)數(shù)據規(guī)律的認知，加強橋梁長期性能退化機理研究，實現(xiàn)數(shù)據實時分析自動評估智能化。

“與此同步，我們還需研發(fā)適合橋梁長期性能監(jiān)測的傳感器及對應的采傳控設備，著重加強技術創(chuàng)新，以高新技術融合促進橋梁結構健康監(jiān)測技術發(fā)展?！壁w君黎說。

趙君黎觀摩瀘州市交通運行監(jiān)測與應急指揮系統(tǒng)（源清慧虹供圖）