橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)及數(shù)字化發(fā)展方向的對策探討

馬思航

摘要 橋梁的安全運(yùn)營，離不開檢測和監(jiān)測技術(shù)的運(yùn)用，需通過對橋梁實(shí)施現(xiàn)場檢測，并實(shí)時(shí)監(jiān)測其損傷及動(dòng)力狀況，全面掌控橋梁承載力，確保橋梁安全運(yùn)營?；诖耍恼抡撌隽水?dāng)前橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)存在的理念觀念、標(biāo)準(zhǔn)體系、方法以及數(shù)據(jù)分析等問題，提出了橋梁監(jiān)測智慧化、數(shù)字化發(fā)展的具體建議，預(yù)測了橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢，旨在明確該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向，并實(shí)現(xiàn)廣泛的推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 公路橋梁工程；檢測技術(shù)；監(jiān)測智慧化；數(shù)字化發(fā)展方向

中圖分類號 TU17文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0014-03

0 引言

為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，我國建有數(shù)量眾多的橋梁，隨著橋梁運(yùn)行時(shí)間的增加，不可避免地出現(xiàn)健康及安全問題。當(dāng)前，橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)在理念、標(biāo)準(zhǔn)、裝備及數(shù)據(jù)分析等方面存在諸多問題?；诖?，該文分析了橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀及問題，總結(jié)了該技術(shù)未來發(fā)展趨勢及研究方向，旨在降低檢測成本、提高檢測精度、縮短檢測時(shí)間，實(shí)現(xiàn)廣泛的推廣應(yīng)用。

1 橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)存在問題

1.1 理念觀念問題

現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)的橋梁并未將養(yǎng)護(hù)需求綜合考慮在內(nèi)，這就增加了橋梁檢測與養(yǎng)護(hù)的難度，全局性理念并未貫徹于橋梁設(shè)計(jì)過程。為便于檢修橋梁，提高工作效率，在建造橋梁時(shí)通常應(yīng)設(shè)計(jì)檢修通道。現(xiàn)實(shí)中，僅有大型和特大型橋梁才有這類設(shè)計(jì)，中小型橋梁的設(shè)計(jì)沒有考慮易檢測性，并未匹配設(shè)計(jì)檢修通道[1]。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)體系問題

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了工程項(xiàng)目的建設(shè)，但現(xiàn)行的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部不完整、條例不清晰，不易落地執(zhí)行，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐。橋梁檢測與監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)體系不完整的表現(xiàn)如下：

（1）對于新型的鋼－混合結(jié)構(gòu)的檢測與監(jiān)測，缺乏相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）對于發(fā)生病害的橋梁，缺乏檢測標(biāo)準(zhǔn)。

（3）針對預(yù)應(yīng)力不足的檢測項(xiàng)目，檢測標(biāo)準(zhǔn)不完整。

（4）不具備無人機(jī)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（5）對于系統(tǒng)檢測、質(zhì)量評定等，缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（6）對于檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（7）對于報(bào)警閾值的設(shè)定與狀態(tài)評估，缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。

1.3 方法及裝備問題

要準(zhǔn)確評估橋梁的健康狀況，需要采用科學(xué)的檢測與監(jiān)測方法，且合理有效地使用所需設(shè)備?，F(xiàn)階段，對橋梁實(shí)施近距離觀測，主要使用橋檢車，同時(shí)還要配合使用無人機(jī)。實(shí)際檢測過程中，橋檢車通常會(huì)占道工作，一方面導(dǎo)致路面交通堵塞，另一方面會(huì)影響路面行車安全。使用無人機(jī)開展橋梁檢測，不便于開展實(shí)際操作，其續(xù)航性有待提升，過程中還會(huì)產(chǎn)生噪聲，從而整體上會(huì)影響檢測效果。針對橋梁無損檢測，所用方法并不能完全解決上述問題，有些項(xiàng)目無法實(shí)現(xiàn)常規(guī)檢測。如檢測橋梁纜索腐蝕斷絲情況時(shí)，只有采用開窗法，才能全面觀測到其內(nèi)部狀況，但此方法破壞了橋梁纜索護(hù)套。此外，檢測混凝土預(yù)應(yīng)力、孔道壓漿密實(shí)度等，在檢測方法及檢測裝備方面，并沒有重大突破[4]。

評估橋梁的承載力，通常會(huì)采用現(xiàn)場試驗(yàn)法。該方法會(huì)消耗較大的時(shí)間與人工成本，且影響路面交通，檢測成本較高。盡管采用了信息化手段，錄入檢測數(shù)據(jù)，但可操作性較低，很難有效提高檢測工作效率。當(dāng)前所使用的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，完整存儲(chǔ)檢測數(shù)據(jù)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有利于極大地提升監(jiān)測系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，但系統(tǒng)傳感器的使用年限往往小于橋梁運(yùn)行年限，由此影響檢測數(shù)據(jù)的收集，而且監(jiān)測設(shè)施的安裝并未形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是橋梁檢測行業(yè)存在的突出問題[5]。

1.4 數(shù)據(jù)分析問題

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)廣泛收集橋梁外形和預(yù)應(yīng)力變化信息數(shù)據(jù)，在分析處理后進(jìn)行科學(xué)評估，由此全面掌握橋梁運(yùn)營性能。

數(shù)據(jù)通信、信息傳感及存儲(chǔ)等技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，有效地提升了橋梁檢測與監(jiān)測的數(shù)據(jù)收集能力。但由于目前數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域還缺乏先進(jìn)技術(shù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)收集與數(shù)據(jù)分析無法做到步調(diào)一致，兩者能力不能充分匹配。耦合數(shù)據(jù)分離是數(shù)據(jù)處理中面臨的主要難題，但并未得到有效解決，且數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化水平較低[6]。

2 提升智慧化、數(shù)字化方向發(fā)展的建議

2.1 理念與觀念創(chuàng)新突破

城市發(fā)展過程中，需要建設(shè)各類新型橋梁，為實(shí)現(xiàn)新舊橋梁的高效運(yùn)營，并提高管理水平，應(yīng)不斷創(chuàng)新管理理念，打造并應(yīng)用城市橋梁資產(chǎn)管理系統(tǒng)。市政管理部門通過該系統(tǒng)，可全面掌握橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)營相關(guān)數(shù)據(jù)，并對橋梁的健康狀況實(shí)現(xiàn)全過程的檢測分析，圖1為橋梁資產(chǎn)管理系統(tǒng)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)體系的完善

通過制訂并完善橋梁結(jié)構(gòu)檢測標(biāo)準(zhǔn)體系，順利開展橋梁檢測工作，確保各項(xiàng)工作嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)正常推進(jìn)，有效提升橋梁檢測與監(jiān)測水平。橋梁檢測與監(jiān)測工作的專業(yè)度高，包含的內(nèi)容較為廣泛，為充分滿足橋梁檢測工程的實(shí)際需要，必須持續(xù)完善橋梁檢測標(biāo)準(zhǔn)，提升行業(yè)水平。

為推動(dòng)橋梁檢測與監(jiān)測行業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化發(fā)展，現(xiàn)已制訂并執(zhí)行各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)程，主要涉及鋼混橋梁養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量檢驗(yàn)、快速荷載試驗(yàn)、健康監(jiān)測報(bào)警閾值以及數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容[7]。

2.3 實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)技術(shù)突破

現(xiàn)階段，開展橋梁檢測活動(dòng)，主要采用人工方式進(jìn)行近距離檢測，或者是將專業(yè)檢測設(shè)備安裝到橋梁某個(gè)部位，實(shí)現(xiàn)接觸式檢測。這種傳統(tǒng)的檢測方式需要投入巨大的人財(cái)物資源，且具有較高的風(fēng)險(xiǎn)性。此外，由于橋梁的某些重點(diǎn)部位較為隱蔽，無法實(shí)現(xiàn)全面檢測，這就會(huì)出現(xiàn)橋梁的檢測結(jié)果合格，但橋梁實(shí)際上受到較大損傷，其承載力已嚴(yán)重不足。所以，應(yīng)不斷創(chuàng)新橋梁檢測技術(shù)，綜合運(yùn)用新興網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，設(shè)計(jì)新型非接觸性檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測，完整檢測橋梁的隱蔽和難檢部位，提高檢測效果。利用計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)功能，開發(fā)病害識別技術(shù)，準(zhǔn)確識別并快速收集橋梁病害數(shù)據(jù)。例如磁致伸縮導(dǎo)波具有無損性，據(jù)此設(shè)計(jì)拉吊索斷絲檢測技術(shù)，可精準(zhǔn)評估斷絲截面受損狀況[8]。位移測量技術(shù)綜合了多項(xiàng)技術(shù)研發(fā)成果，其檢測頻率更高，檢測結(jié)果更為精準(zhǔn)，如圖2所示。實(shí)踐證明，高效檢測橋梁狀況，提升橋梁評估結(jié)果的準(zhǔn)確性，離不開重點(diǎn)技術(shù)的重大突破。

實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁狀態(tài)，所用傳感器的使用年限較短，由于點(diǎn)狀分布于橋梁表面，無法體現(xiàn)橋梁的整體損傷情況，而且在檢測實(shí)施和結(jié)果評估等方面缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。此外，還存在兩方面的問題。其一，橋梁檢測數(shù)據(jù)量大，當(dāng)前的數(shù)據(jù)處理手段落后，自動(dòng)化程度較低，針對耦合數(shù)據(jù)的處理，無法做到有效分離；其二，當(dāng)前的橋梁檢測結(jié)果評估僅是面向橋梁的部分構(gòu)件，還未實(shí)現(xiàn)對橋梁的整體評估，橋梁健康預(yù)警能力有待提升，評估指標(biāo)內(nèi)容有待完善。為此，應(yīng)采取如下措施：

（1）重點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)使用壽命長、造價(jià)低且便于安裝的新型傳感器。

（2）推廣運(yùn)用分布式傳感器，收集橋梁檢測數(shù)據(jù)，從而掌握橋梁的整體運(yùn)行狀況，同時(shí)不斷完善數(shù)據(jù)收集標(biāo)準(zhǔn)。

（3）要求合理布置傳感器，并確保穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）廣泛采用云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處理檢測數(shù)據(jù)，提高智能化程度。

（5）由于橋梁檢測數(shù)據(jù)眾多，需通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，快速收集相關(guān)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)完整詳細(xì)，通過對比各項(xiàng)數(shù)據(jù)，掌握異常情況并及時(shí)處理。

綜上，通過研制并應(yīng)用新型傳感器，不斷完善監(jiān)測管理制度，有效提升橋梁檢測的自動(dòng)化和智能化水平，通過各項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，以推動(dòng)橋梁檢測技術(shù)的數(shù)字化發(fā)展[9]。

2.4 準(zhǔn)確把握技術(shù)趨勢

現(xiàn)階段，橋梁的安全運(yùn)行、增加使用壽命，并確保其功能的充分實(shí)現(xiàn)，已是橋梁工程領(lǐng)域面臨的主要難題。過去的橋梁工程技術(shù)主要側(cè)重于建設(shè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)已逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)和保養(yǎng)雙向并舉[10]。當(dāng)今社會(huì)對橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、使用壽命等方面提出了更高要求，橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)出現(xiàn)了以下特征：

（1）深入化：針對橋梁結(jié)構(gòu)損傷機(jī)理的研究，由過去的微觀、短期、單因素，不斷向宏觀、長期、多因素耦合方向深入發(fā)展。

（2）集成化：集成化趨勢主要體現(xiàn)在3方面。一是在橋梁檢測及養(yǎng)護(hù)機(jī)械越來越小、專業(yè)化程度更高；二是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中所需的傳感器、數(shù)據(jù)收集及傳輸設(shè)備的集成化程度將越來越高；三是通過運(yùn)用BIM平臺，可對橋梁建設(shè)、檢測、監(jiān)測及養(yǎng)護(hù)的全過程數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全面集成[11]。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化：一方面要求橋梁檢測、監(jiān)測和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量及評估方式實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，另一方面要求數(shù)據(jù)收集、傳輸、分析及處理實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）智能化：由于橋梁檢測數(shù)據(jù)不斷積累，結(jié)合云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)的不斷發(fā)展及廣泛應(yīng)用，橋梁智能化管養(yǎng)已引起重點(diǎn)關(guān)注，并成為主要發(fā)展趨勢。通過采用各項(xiàng)智能化技術(shù)，可提前識別橋梁病害、評估檢測數(shù)據(jù)、排序安全風(fēng)險(xiǎn)，并且還能提高養(yǎng)護(hù)資金利用效率，準(zhǔn)確預(yù)測橋梁使用壽命。

3 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，極大地推動(dòng)了我國橋梁工程的發(fā)展，新舊橋梁的健康及安全運(yùn)行面臨巨大的難題，亦為橋梁檢測技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供了良好機(jī)遇。該文分析了橋梁檢測與監(jiān)測技術(shù)出現(xiàn)的各類問題，給出了解決問題的建議，并論述了主要發(fā)展趨勢。通過綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，可預(yù)測橋梁檢測與監(jiān)測的發(fā)展趨勢：

（1）傳統(tǒng)的檢測方法對橋梁造成損傷，今后將向無損檢測發(fā)展。

（2）由過去的人工接觸式檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑瘷z測。

（3）改變過去的人工收集數(shù)據(jù)方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化收集。

（4）由定期監(jiān)測，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)監(jiān)測。

（5）不再需要現(xiàn)場實(shí)測，可運(yùn)用智能化手段，實(shí)現(xiàn)感知檢測。

（6）臨時(shí)性的檢測設(shè)備將被淘汰，更多地使用預(yù)埋傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)長期性檢測。

（7）運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，評估檢測數(shù)據(jù)。

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