桥梁隧道健康检测及智能管理系统现状与发展

桥梁隧道健康检测及智能管理系统现状与发展

邹广

重庆市万州区建设工程质量检测中心有限公司　重庆　404000

摘要：桥隧作为城市交通基础设施中的生命线节点，在我国的交通运输事业发展中起到举足轻重的作用。当前如何在运营期间进行有效的桥隧管理与维护，以保证其在运营期间的使用寿命和安全性能，是21世纪桥隧建设的重大挑战。基于此，本文对桥隧健康检测及智能管理系统现状与发展进行了综述。

关键词：桥隧；健康检测；智能管理系统

引言

传统的桥隧评估，主要是采用简单的人工方法，对桥隧进行检测、监控，并提出相应的加固与维修意见，这些技术方法已不能适应当前桥隧养护工作的需要，也很难对突发事故进行有效的预防。随着现代信息技术和传感器技术的不断涌现，桥隧健康监测与智能管理系统的出现，可以对桥隧的运行状况进行实时测量，为桥隧的安全运行提供科学的数据和技术依据。大型桥隧结构健康监测与智能管理是提高桥隧运行状态，确保桥隧服务质量的重要手段。目前，桥隧健康监测的理论和技术已经引起了学术界、工程界和管理部门的广泛重视。

一、我国桥隧健康监测与智能管理系统的发展现状

近20年来，我国桥隧技术发展迅速，目前已建成100余座大跨径桥梁。大跨径桥梁具有结构轻、跨径大、超静定、难以辨识结构状态等突出特征。而大跨径桥梁是整个运输体系的核心，它的安全性与运行是非常关键的。因此，在施工过程中，需要加强对桥隧的维护与管理。大跨径桥梁在运行过程中会受到爆炸、船撞、重载车流等多种环境因素的影响，以及由各种复杂因素引起的结构耐久性问题，因此，必须建立一套行之有效的监测系统来对其进行实时的监控，提出优化管理与维修的具体措施，确保其运行的安全稳定性。因此，桥隧健康监测与智能管理系统就应运而生了。

目前，全国共有140多座桥隧涉及不同的桥型中安装了健康监测与智能管理系统。本文归纳总结了五个方面的特征及发展方向：一是多传感器，具有明显的经济性[1]。一般说来，大跨径桥梁的健康监测与智能管理系统中，传感器设备至少100台，其成本占桥隧总成本的0.5%至1.0%；二是为了进行桥隧的管理与维修，桥隧的监控是为了获取桥隧的实时状况，以便对其进行最优的管理与维修，保证其工作的正常进行；三是监测系统必须是可替换的和可维修的；四是监测系统向施工阶段扩展，构成了桥隧建设和运行的综合监测系统；五是尽管桥隧监控能够实现自动化、智能化，但要对其监测结果进行评估，必须要有桥隧专业人员的参与，才能对其进行精确的评估。

二、桥隧健康监测和智能管理系统

在目前我国桥隧监测体系的发展状况下，对新技术、新观念进行探讨，使其能够更好地应用到桥隧的管理与维护中。为了全面、准确地掌握桥隧的工作技术状况，直观地掌握桥隧过去、现在和未来几年的运行状况，准确地评估桥隧的技术状况和服务水平，并给出相应的养护和维修措施的管理手段，以便管理者能够有效地安排养护资金，及时、经济和有效地对桥隧实施养护和维修，达到延长桥隧使用寿命，充分发挥桥隧的运营效率，保障交通运输安全通畅的目的[2]。为此，不仅要进行数据分析和数据库管理，还要对网络中的所有桥隧进行评估分析、维修方案优选、养护维修费用的核算。在路网等级的桥隧管理中，主要的功能模块如下。

（一）桥隧系统数据库子系统

桥隧监测与系统数据库是一种规范化、系统化的资料收集库，它的作用是对桥梁和隧道的各种静态和动态信息进行全面的分析，从而为今后的工程建设、状态评估和概预算奠定科学的依据。该子系统包含桥隧基础资料、检测资料、监测资料、维修保养资料、交通事故资料、维修办法、价格资料等。

（二）桥隧监测与评估与决策系统

桥隧健康监测与智能管理系统的主要任务是从分析结构的变形和劣性的变化入手，对其安全性、耐久性和功能性适应能力进行评估，从而实现对其进行合理的修理和维护。由于桥隧中各构件的劣化程度、程度和范围等因素的差异，对整个桥隧的结构和行车的安全性都有一定的影响[3]。桥隧的监测和评估与决策子系统应当包含以下内容：①检验项；②劣化状态说明；③检验评定准则；④养护数量。基于桥隧监测的数据，并结合桥隧的基础资料，采用专家职能评估功能，对桥隧损伤进行技术评定，提出了维修方案和危险处置方案，并依据已记录的维修内容和工作量，编制维修成本的估算，以便于决策人员进行决策。

（三）桥隧的实时监测子系统

桥隧的实时监测子系统主要是利用桥隧内的数据收集系统，实现桥隧的各项状态参数的自动获取，并利用所收集的资料进行分析和处理，以进行桥隧的健康情况的分析。该系统会自动报警，向维修人员报告。在大跨径的桥隧项目中，设置一个实时监测子系统，可以随时掌握其工作状态，并能及时地找到监测目标存在的潜在危险，以便采取有计划的养护和管理措施，提高其使用年限，减少维修费用，并能有效地防止因管理不善而导致的恶性结构安全事件，从而防止人身伤亡和财产的严重损害。

（四）桥隧预算编列及维护规划子系统

由于桥隧的维护保养资金和人力等资源的限制，因此，每年可以办理的维修预算是固定有限的。为了合理使用有限的资金，确保所管辖区域的桥隧顺利地运行，可以通过桥隧的预算编制和维护规划子系统来满足对桥隧质量的要求[4]。在预算限额下，优化维护方案优先次序，优化整体维护方案，编制全年维护方案，优化预算分配。桥隧预算编列及维护规划子系统，主要是通过在数据库中，对构件劣化进行检验、评估，评估维修数量、维修方法和费用等信息，自动编制、管理和打印维修预算。

（五）GIS地理信息系统

GIS是二十世纪六十年代兴起的一种地理学新技术，它是一种集计算机、信息学、地图学等多种科学于一身的新型科学，能够对地表进行整体或局部地球表面与空间及地理分布的数据予以分析与描述的空间信息系统。桥隧等基础建设由于其自身的地理信息特点，其应用范围也比较广。GIS在桥隧中的应用主要包括：采用G1S技术与 OOP编程技术，将桥隧静态、动态数据与空间数据进行链接，并能实现属性数据与空间数据的双向检索。在此基础上，构建了隧道内各类机械设备的空间、特性和设备的相关数据，并在此基础上，在电子地图上实现各类机械设备对象的查询、状态显示、故障闪烁等功能。利用电子地图上的“鹰眼”能力，帮助迅速确定隧道的空间分布和设施的具体地理方位，并可以放大观察到隧道的内部状况[5]。

随着我国桥隧健康监测与智能化管理的不断深入，健康监测与智能化管理系统的开发与运用，已取得了较大进展，其管理方式也有了较大的改变。但是，当前我国的桥隧的智能管理还存在着很多问题，如：现有的信息管理系统太过简单，无法充分地运用现代先进的信息技术来进行信息的快速传递和共享。另外，目前大部分的智能管理体系仅限于项目层面上的桥隧，缺少包括道路、边坡等管理交通网络的综合管理系统，构建一个完整的以 WEB为基础的大规模的综合性交通管理智能化管理系统，必将带来极大的经济和社会效益。

参考文献：

[1]连巧娜,王晓萌.城市轨道交通桥隧综合监测系统设计[J].现代城市轨道交通,2022(4):87-93.

[2]龚小俊.探究大型桥梁与隧道工程的健康监测与评估管理系统[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2021(4):68-68,70.

[3].第五届全国公路长大桥隧健康监测与安全运营暨第九届大跨径桥梁结构损伤预警及状态评估技术研讨会论文征集[J].现代交通技术,2022(3):14-14

[4]柏格文,齐云鹏.光纤光栅传感器在路桥隧结构健康监测中的应用[J].无线互联科技,2018(6):30-31.

[5]汪玚.桥隧养护管理:人工智能赋新篇[J].交通建设与管理,2021(3):-F0002.