△ 5W1H分析法

说起为什么要做桥梁的健康监测，行业内已经基本达成了共识：公路桥涵的设计基准期为100年，在漫长的运营期，桥梁受外部环境、自身构件老化等影响，难免会进行修修补补以维持其正常的工作。

那么，病害产生的原因是什么？什么时间维修？怎么维修？下一次维修是什么时候？等等问题就需要去解决。传统的检测工作无法保证其实时性和溯源性，因此提出了可长期、实时的对桥梁进行监测的解决方案。

另外一方面，桥梁监测数据可以为验证结构分析模型、计算假定和设计方法提供反馈信息，并可用于深入研究桥梁结构及其环境中的未知或不确定性问题。

桥梁健康监测需要实现的目标有以下四个层次：

△ 实现目标四步法

一是方案的设计，包括监测项选择、传感器选型、系统集成、软件设计等，以保证数据获得的准确性；

二是系统的实施，包括工程施工，数据采集、传输、处理、管理和系统的后期维护等，以保证数据的实效性；

三是数据的应用，数据入库后，结合结构特性实现各种数据分析应用的科学性，以达到评估的目的；

四是数据的预测，通过对长期积累的历史数据分析，实现人工智能在数据分析上的深层次应用。

在国家标准和行业标准中，对需要做健康监测的桥梁给出了建议，主要针对的是一些特大型桥梁和评级较差的桥梁。

前一段时间，交通运输部办公厅印发的“《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》的通知”中，按照“安全第一、预防为主，明确责任、分级管理，突出重点、分步实施，单桥监测、联网运行”的原则，对跨江跨海跨峡谷等长大桥梁结构健康开展实时监测，并明确了公路在役和在建单孔跨径 500 米以上的悬索桥、单孔跨径300 米以上的斜拉桥、单孔跨径 160 米以上的梁桥和单孔跨径 200米以上的拱桥，共401座大型桥梁，原则上均纳入实施范围。

目前大多数桥梁健康监测的项目是针对运营期间的桥梁进行设计和实施的，尤其是一些在运营期间检测结果不是特别理想的桥梁，因此要想让监测系统能够真正的发挥作用，并能指导后期的运维，时间节点的选择是非常重要的。

另外，针对一些满足要求的新建公路桥梁，按照《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2015)等标准规范要求，做到系统建设“三同时”，即同时设计、同时施工、同时验收。

健康监测系统是一个非常典型的多学科交叉的领域，需要结构专业、硬件专业、软件专业等多领域的人员参与。对于执行对象的选择，目前市场上的参与者包括传感器厂商、系统集成公司、检测单位、科研单位等。每个参与者都有各自的优势和特点，各自擅长的领域也各不相同，因此将各参与者的优势有机结合到一起，发挥各自的能力和特点是未来的发展方向。

一个典型的桥梁健康系统的项目，实施流程包括工程勘查、模拟分析、方案设计、工程施工、采集传输、软件开发、分析评估和系统维护。

△ 桥梁健康监测实施流程

前期的工程勘查主要包括对结构物进行全面的检测，掌握结构物的现状信息。

模拟分析主要是对拟监测的结构物进行理论分析，建立有限元模型，模拟不同的工况，分析结构物最不利状态。

方案设计这一环包括方案设计和施工图设计两部分，其中方案设计包括项目概述、监测项选择、传感器选型安装、数据采集传输、客户端应用等；施工图设计包括设计说明、传感器布置及安装（测点总体布置、各监测项的布置和安装图）、数据采集传输系统（系统图、采集站布置安装、设备索引、线缆索引、各监测项电气原理图、线缆路由图）等。

工程施工要按照国家标准进行规范化管理，包括强弱电施工规范、防雷措施、接地措施等，以保障系统的稳定性，抗干扰性。

采集传输的设计，遵循信号衰减最小原则、同类信号通道集中原则、通道预留原则等，为系统提供稳定与安全的运行环境。

软件开发，主要在于软件总体设计，存储总体设计、海量数据存储机制设计、各模块的解耦设计、数据备份设计、多源异构数据管理设计、数据安全机制设计等。

分析评估，主要是数据的前处理、在线分析、离线分析、数据报告、评估报告等的设计和自动生成。

系统的运营维护，以保障系统的正常运行，包括日常管理、定期检查与维护（传感器、采集、存储、显示和软件）、异常事件处置等。