橋梁檢測設(shè)備淺析

孫宏斐，夏曉華

（長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710064）

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，橋梁作為交通運(yùn)輸樞紐，不僅數(shù)量越來越多，且跨度越來越大。目前，國內(nèi)不僅有各種跨江跨海大橋，如港珠澳大橋，還有數(shù)量眾多的高架橋。隨著使用年限的增加，這些橋梁將不可避免地出現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)損傷，影響橋梁正常使用，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。為應(yīng)對(duì)上述問題，國內(nèi)外工程機(jī)械企業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)者，研究并發(fā)明了多種用于檢測橋梁狀態(tài)的設(shè)備，提出了較為全面的檢測方式，為橋梁檢測提供了強(qiáng)有力的保障。本文將總結(jié)現(xiàn)有橋梁檢測設(shè)備的類型，綜合分析其優(yōu)缺點(diǎn)，適用范圍及未來發(fā)展趨勢，為橋梁檢測設(shè)備的發(fā)展及檢測技術(shù)的提升提供方向。

1 橋梁檢測設(shè)備

現(xiàn)有橋梁檢測設(shè)備主要包括橋梁檢測車、橋梁綜合檢測車、橋梁檢測機(jī)器人和橋梁檢測無人機(jī)。

1.1 橋梁檢測車

橋梁檢測車是一種可以為橋梁檢測人員在檢測過程中提供作業(yè)平臺(tái)，裝備有橋梁檢測儀器，用于流動(dòng)檢測和或維修作業(yè)的專用汽車。橋梁檢測車主要分為折疊臂式和桁架式兩種，如圖1和圖2所示。一般是在汽車底盤（如東風(fēng)底盤、歐曼底盤）基礎(chǔ)上加裝專用工作裝置而成。它可以隨時(shí)移動(dòng)位置，能安全、快速、高效地讓檢測人員進(jìn)入作業(yè)位置進(jìn)行流動(dòng)檢測或維修作業(yè)。我國最早的橋梁檢測車是由徐工集團(tuán)液壓氣動(dòng)機(jī)械公司聯(lián)合西安公路交通大學(xué)（長安大學(xué)前身）和河南省公路局成功研制出的XZJ5140JQJ10型折疊臂式橋梁檢測車。

圖1 折疊式

圖2 桁架式

橋梁檢測車本質(zhì)上是人工檢測的延伸，將檢測人員送至橋面下或?qū)蛩M(jìn)行抵近檢測，但也給檢測人員帶來了較高的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，如2017年11月南寧三岸大橋檢測事故。此外，橋梁檢測車作業(yè)平臺(tái)的外伸和回收易受橋梁燈桿、護(hù)欄等上部結(jié)構(gòu)影響，檢測效率偏低。基于此，設(shè)備可靠度和結(jié)構(gòu)自由度的提升是橋梁檢測車首要關(guān)心的研究內(nèi)容。

1.2 橋梁綜合檢測車

橋梁綜合檢測車與道路綜合檢測車類似，由專用工程車輛加裝專業(yè)檢測設(shè)備組成?？墒褂贸暡ā⒓t外線及各種傳感器，在不進(jìn)入橋下或高空的情況下，完成橋梁檢測，同時(shí)，還可對(duì)橋面進(jìn)行檢測。檢測效率及安全性高于橋梁檢測車。但對(duì)于橋墩或橋塔較高的橋梁，檢測設(shè)備穿透能力有限，難以全面檢測。

1.3 橋梁檢測機(jī)器人

橋梁檢測機(jī)器人是一種能夠半自主或全自主完成橋梁檢測的智能機(jī)器，包括用于橋梁裂縫檢測的爬壁機(jī)器人（圖3），用于纜索檢測的纜索檢測機(jī)器人（圖4），用于管道檢測的管道機(jī)器人，同時(shí)也包括由橋梁檢測車演變而來的無人橋梁檢測機(jī)器人，該檢測裝置在折疊臂或桁架末端加裝攝像機(jī)及其他檢測儀器，取代原有的工作平臺(tái)。減少了工作荷載，縮小了檢測裝置的體積，同時(shí)使設(shè)計(jì)者將研究重心由設(shè)備整體的可靠性、安全性，轉(zhuǎn)移到增加裝置自由度，提高檢測儀器可達(dá)性等方面。

圖3 爬壁機(jī)器人

圖4 纜索檢測機(jī)器人

橋梁檢測機(jī)器人在功能上比較單一，但在結(jié)構(gòu)和成本上相比橋梁檢測的重型設(shè)備，經(jīng)濟(jì)效益更高，是未來智能化檢測不可缺少的重要組成部分。

1.4 橋梁檢測無人機(jī)

橋梁檢測無人機(jī)由無人機(jī)加裝攝像裝置及其他橋梁檢測儀器組成，是無人機(jī)橋梁檢測的核心設(shè)備。由于無人機(jī)是一種靈活性較高的設(shè)備，無人機(jī)檢測范圍理論上可以覆蓋除水下及橋梁內(nèi)部外的整個(gè)橋梁。無人機(jī)檢測雖然有其自身獨(dú)特的優(yōu)勢，但受限于無人機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、通信技術(shù)等因素影響，目前無人機(jī)檢測仍停留在輔助檢測階段。

長遠(yuǎn)來看，隨著技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)橋梁檢測將逐漸正規(guī)化，無人機(jī)檢測將逐步取代重型機(jī)械設(shè)備檢測，成為未來檢測領(lǐng)域不可缺少的一部分。

1.5 綜合分析

綜合分析上述4種檢測設(shè)備：

（1）傳統(tǒng)重型檢測設(shè)備難以適應(yīng)現(xiàn)代橋梁檢測的需求。橋梁檢測車及橋梁綜合檢測車的檢測效率較低，且檢測時(shí)需占用車道，加重交通負(fù)擔(dān)。隨著橋梁寬度、高度及結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度地增加，無論是橋梁檢測車還是搭載超聲波等先進(jìn)檢測儀器的綜合檢測車，檢測范圍都難以覆蓋整個(gè)橋梁。

（2）輕型化、專用化的檢測設(shè)備在未來檢測設(shè)備中將占有較大市場。重型橋梁檢測設(shè)備不僅在檢測范圍上受限，經(jīng)濟(jì)效益也較低，除占用車道、堵塞交通外，每臺(tái)設(shè)備的成本也較高。輕型化、專用化的檢測設(shè)備，如橋梁檢測機(jī)器人在檢測范圍及經(jīng)濟(jì)效益上具有較大的優(yōu)勢，也更符合國家倡導(dǎo)的低碳減排。

（3）應(yīng)用圖像處理、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的非接觸式智能檢測裝置將成為主流發(fā)展方向。隨著人們生活水平的提高，未來橋梁建設(shè)將不僅考慮實(shí)用性，同時(shí)還會(huì)注重美觀性。這就意味著，橋梁的結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的接觸式檢測，如爬壁機(jī)器人，在橋梁曲面增多的情況下將難以應(yīng)用，橋梁檢測車工作平臺(tái)的外伸及回收將面臨更大的挑戰(zhàn)。應(yīng)用圖像處理、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的非接觸式智能檢測將成為主流發(fā)展方向。

2 結(jié)語

本文介紹了目前應(yīng)用于橋梁檢測的設(shè)備，分析了不同設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍及未來發(fā)展趨勢。通過綜合分析得出以下結(jié)論，傳統(tǒng)重型檢測設(shè)備難以適應(yīng)現(xiàn)代橋梁檢測的需求，輕型化、專用化的檢測設(shè)備在未來檢測裝備中將占有較大市場；應(yīng)用圖像處理、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的非接觸式智能檢測裝置將成為主流發(fā)展方向。