就在舉國(guó)歡慶勞動(dòng)節(jié)之時(shí)，虎門大橋“虎軀一震”給全國(guó)人民來了個(gè)“深呼吸”。作為廣深珠高速公路網(wǎng)的主要組成部分，虎門大橋是廣東沿海地區(qū)重要的交通樞紐，始建于1992年，1997年通車至今，大橋一直都十分平穩(wěn)。

 

但是在5月5日下午，虎門大橋發(fā)生異常抖動(dòng)，甚至在5月6日凌晨都有振動(dòng)。出現(xiàn)該情況后，國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜冶几艾F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，給出了目前最可信度最高的說法，初步認(rèn)定此次虎門大橋的振動(dòng)主要是因?yàn)檠貥蚩邕呑o(hù)欄連續(xù)設(shè)置水馬（擋墻），破壞了大橋的斷面流線型，在特定風(fēng)環(huán)境條件下，產(chǎn)生了橋梁渦振現(xiàn)象。

 

幸運(yùn)的是，專家組表示虎門大橋?qū)儆趹宜鳂?，結(jié)構(gòu)安全可靠，不會(huì)影響虎門大橋后續(xù)使用的結(jié)構(gòu)安全和耐久性。

 

 

但是，并不是所有的橋梁公路等基建在對(duì)抗外力的情況下都那么幸運(yùn)。關(guān)于大橋因外力坍塌最著名的例子是1940年塔科馬海峽大橋，同樣是懸索橋，但是在通車4個(gè)月后，突然被微風(fēng)摧毀?；氐絿?guó)內(nèi)，去年10月臺(tái)灣省宜蘭縣21年橋齡的南方澳跨港大橋和無(wú)錫高架橋皆因外力發(fā)生結(jié)構(gòu)型橋梁垮塌。

 

由于近幾年我國(guó)重型汽車數(shù)量等帶來的交通壓力越來越大，同時(shí)惡劣天氣帶來的腐蝕性也越來越高，對(duì)于有一定使用年代的橋梁和基建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不小的負(fù)面影響。所以，橋梁的健康檢測(cè)、結(jié)構(gòu)安全評(píng)估以及損耗監(jiān)測(cè)等顯得尤為重要。

 

實(shí)際上，虎門大橋作為重要的交通樞紐，其實(shí)是有一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的。根據(jù)論文顯示，虎門大橋在設(shè)計(jì)之初就加入了GPS位移、應(yīng)變實(shí)時(shí)、長(zhǎng)期形變、超限超載等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)的作用，實(shí)時(shí)獲取橋梁在各種情況下的受力、工作狀態(tài)，以及抗風(fēng)和抗震等結(jié)構(gòu)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的安全監(jiān)測(cè)。

 

從虎門大橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的表現(xiàn)來看，融入物聯(lián)網(wǎng)的基建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)未來的市場(chǎng)將會(huì)加速擴(kuò)大。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)目前鐵路營(yíng)運(yùn)里程12.9萬(wàn)公里，橋梁20萬(wàn)座；公路總里程14.26萬(wàn)公里，82.55萬(wàn)座橋梁；還有一些2萬(wàn)余座水電站、200多個(gè)機(jī)場(chǎng)等大型公共基礎(chǔ)設(shè)施。在這些大型基建里面，并不是所有的設(shè)施都有完整的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)，在新基建的加持下，相關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求和市場(chǎng)只會(huì)大幅增加。

 

 

 

物聯(lián)網(wǎng)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

事實(shí)上，早已經(jīng)有類似的解決方案在上海、武漢等地施行，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用案例也屢見不鮮。

 

具體來說，打造一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)閉環(huán)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)中臺(tái)以及應(yīng)用端。數(shù)據(jù)采集包括智能傳感器、傳感網(wǎng)和巡檢終端等；數(shù)據(jù)傳輸包括LoRa、NB-IoT等；數(shù)據(jù)中臺(tái)包括數(shù)據(jù)管理、分析以及可視化平臺(tái)；應(yīng)用層則對(duì)應(yīng)了各類基建設(shè)施，對(duì)于安全性需求較高的領(lǐng)域，例如軌道交通、能源行業(yè)等等。

（圖片來源：源清慧虹）

 

橋梁是連接現(xiàn)代交通的“咽喉”，然而其一旦建成投入使用后，就會(huì)進(jìn)入不斷退化、老化的階段。

 

港珠澳大橋

 

近些年，一些列的橋梁損害甚至坍塌事故，都在提醒我們必須高度重視橋梁的健康檢測(cè)與安全評(píng)估，及危橋的損傷檢測(cè)和監(jiān)控，爭(zhēng)取消除隱患。所以對(duì)橋梁健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，掌握其健康狀況是有非常重要的意義。橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)也就成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)和保障正常使用的主要技術(shù)手段。

 

顯然，監(jiān)測(cè)的過程僅靠人力是不可能的——費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)成本不說，還無(wú)法做到監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性，像上文中提及的“南方澳大橋21年未做獨(dú)立檢測(cè)”的現(xiàn)象絕非個(gè)例。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠(yuǎn)程橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，成為一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

 

在小編看來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

 

01

應(yīng)對(duì)貨車超載

 

在高架橋兩端加裝路面壓力傳感器，通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行車輛載重和類型識(shí)別，和攝像頭聯(lián)接獲取違規(guī)車輛的車牌信息，在進(jìn)行分級(jí)實(shí)時(shí)告警的同時(shí)，還可以統(tǒng)計(jì)路面總體載荷。

 

案例：

 

目前，交通設(shè)施智能管理平臺(tái)已在上海投入試運(yùn)營(yíng)。今后超載貨運(yùn)車一旦違規(guī)駛上高架橋梁，橋上埋設(shè)的線圈會(huì)自動(dòng)感知微小受力變化，同步向智能管理平臺(tái)報(bào)警。據(jù)相關(guān)工程技術(shù)專家介紹，以前高架橋梁對(duì)重車的監(jiān)控大都是人工觀察，今后可以通過在道路內(nèi)植入帶有信號(hào)發(fā)射功能的傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每一座設(shè)施的荷載和運(yùn)作狀況。

 

一旦有超過該橋梁負(fù)荷的卡車出現(xiàn)，傳感器能及時(shí)感應(yīng)并向監(jiān)控平臺(tái)自動(dòng)報(bào)警，工作人員上報(bào)信息，由執(zhí)法者對(duì)違規(guī)卡車進(jìn)行及時(shí)處理。目前，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在松江辰塔大橋試運(yùn)作。若無(wú)其事，原來是最狠的報(bào)復(fù)。

 

02

對(duì)橋梁健康狀況進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)

 

在大橋中植入若干個(gè)不同種類的傳感設(shè)備，另設(shè)立匯集節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)關(guān)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，利用低功耗廣域網(wǎng)等技術(shù)無(wú)線傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)至匯集節(jié)點(diǎn)，再將數(shù)據(jù)傳入平臺(tái)層進(jìn)行儲(chǔ)存、處理與分析，并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，比如當(dāng)橋梁極限承載力損失嚴(yán)重時(shí)，考慮將其拆除。

 

案例：

 

在武漢市，中鐵大橋科學(xué)研究院的技術(shù)人員為42座橋梁安裝15種、共1929個(gè)傳感器，硬件設(shè)備更是達(dá)到了25類、共3053套。技術(shù)人員將通過這些傳感器和硬件設(shè)備對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)安全（即應(yīng)變、裂縫、位移、撓度、傾角、溫濕度）、車輛荷載（即車型、車速、車重、軸重、車長(zhǎng)）、獨(dú)柱墩匝道傾覆及滑移（即應(yīng)變、位移、傾角）、沉降及橋面線形（即撓度、GPS）等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

 

橋梁的結(jié)構(gòu)狀況、基礎(chǔ)沉降、車輛監(jiān)測(cè)抓拍等各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)地通過互聯(lián)網(wǎng)存儲(chǔ)至云計(jì)算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，從而實(shí)現(xiàn)“一橋一檔”電子化戶籍式管理。若無(wú)其事，原來是最狠的報(bào)復(fù)。

 

其次，技術(shù)人員還會(huì)到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)橋梁外觀進(jìn)行檢查，并將檢查結(jié)果通過手機(jī)APP上傳。各級(jí)管理人員或技術(shù)人員可以通過任何一臺(tái)電腦的瀏覽器或手機(jī)APP進(jìn)行登錄訪問，實(shí)時(shí)掌握這42座橋梁的健康狀況，有助于技術(shù)人員及時(shí)處理突發(fā)事件、及時(shí)修復(fù)病害橋梁、確保橋梁運(yùn)營(yíng)安全。

 

另外，“智慧橋梁”系統(tǒng)還能自動(dòng)生成維修建議，并通過查閱系統(tǒng)中的監(jiān)控視頻、檢測(cè)數(shù)據(jù)，為事后追溯、索賠提供依據(jù)。

 

 

物聯(lián)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

 

當(dāng)然，不只是橋梁，隨著中國(guó)大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)浪潮的漸漸消退，隧道、樓宇、軌道等各種結(jié)構(gòu)物都開始進(jìn)入長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)使用階段。但是，在各種自然界的不確定外力加載下，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，致使各種結(jié)構(gòu)物超載疲勞運(yùn)營(yíng)現(xiàn)象普遍出現(xiàn)。

 

然而，前期的設(shè)計(jì)、施工并不能確定結(jié)構(gòu)物是否正常運(yùn)營(yíng)，必將需要一種更實(shí)時(shí)、快捷的方式對(duì)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行全面的精細(xì)化監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)已經(jīng)服役多年的老舊結(jié)構(gòu)物。

 

 

結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)前景大有可為

 

中國(guó)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的市場(chǎng)剛剛起步，結(jié)合著物聯(lián)網(wǎng)，智慧城市的發(fā)展，未來五年內(nèi)會(huì)滋生出數(shù)十億的市場(chǎng)份額，同時(shí)隨著現(xiàn)有建筑物的逐步老化，市場(chǎng)還會(huì)越來越大。鑒于傳感器的生命周期一般為8年左右，所以也是一個(gè)無(wú)限循環(huán)的市場(chǎng)。如果新建筑物在施工階段就采用物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方案，那么整個(gè)市場(chǎng)無(wú)疑會(huì)擴(kuò)大很多。

 

 

例如，一座普通200米左右橋梁監(jiān)測(cè)費(fèi)用10萬(wàn)左右，每公里隧道監(jiān)測(cè)費(fèi)用5萬(wàn)左右，每公里地鐵監(jiān)測(cè)費(fèi)用5萬(wàn)左右，一座體育場(chǎng)館監(jiān)測(cè)費(fèi)用100萬(wàn)左右，高層建筑監(jiān)測(cè)費(fèi)用30萬(wàn)左右。

 

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2015年，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大小橋梁70多萬(wàn)座，隧道8000多座（總長(zhǎng)度4000多公里），地鐵總長(zhǎng)度超過3000公里，大型體育場(chǎng)館上千座，老舊建筑，高層建筑數(shù)量龐大，未來都有實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警的需求。

 

同時(shí)日益增多的地質(zhì)災(zāi)害也是一個(gè)龐大的監(jiān)測(cè)市場(chǎng)。猶記得2018年5月9日，成都高新區(qū)聯(lián)合成都高新減災(zāi)研究所，在成都高新區(qū)60個(gè)社區(qū)啟用地震預(yù)警“大喇叭”，通過社區(qū)廣播、手機(jī)、電視等多途徑，在地震波到達(dá)前提前預(yù)警，為民眾避險(xiǎn)爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

 

在虎門大橋“深呼吸”的同時(shí)，我們看到了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在舊基建中承擔(dān)的安全責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。同時(shí)，我們也應(yīng)當(dāng)看到在新舊基建需求同時(shí)增加后，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)張。