桥梁监测有多重要？同济大学的探索之路

引言

桥梁作为交通网络的核心枢纽，其安全性直接影响社会经济发展与公众出行安全。近年来，随着我国交通基础设施建设规模持续扩大，桥梁健康监测已成为保障结构安全运营的关键技术。同济大学桥梁工程系作为国内该领域的先驱，通过理论研究与工程实践相结合，推动了桥梁健康监测系统的创新与应用。

一、桥梁健康监测的基本概念

1.什么是桥梁健康监测？

桥梁健康监测是通过安装在结构上的传感器网络，实时采集环境荷载与结构响应数据，结合分析与评估模型，实现对桥梁服役状态的智能化监控与安全预警。这一技术起源于航空航天领域的状态监测理念，自20世纪80年代逐步应用于桥梁工程。

2.监测系统由哪些部分组成？

典型的监测系统包括四大模块：

• 物联网感知层：涵盖应变计、加速度计、光纤光栅传感器等设备，用于采集温度、应力、振动等参数；
• 数据传输层：通过有线或无线网络将数据传至控制中心；
• 数据分析层：运用信号处理、损伤识别算法评估结构状态；
• 决策支持层：生成评估报告与养护建议。

3.监测的核心目标是什么？

系统需实现三大功能：

• 安全预警：识别结构异常并及时报警，例如哈尔滨阳明滩大桥坍塌事故可通过监测技术规避；
• 状态评估：量化桥梁性能退化程度，为养护决策提供依据；
• 理论研究支撑：验证设计假设与计算模型，推动桥梁工程技术进步。

二、同济大学的创新贡献

4.同济大学在理论体系上有何突破？

张启伟教授团队在《大型桥梁健康监测概念与监测系统设计》中提出，监测需从"被动检测感知"对结构整体行为的实时掌控与智能化诊断。该理论将结构力学、传感器技术、大数据分析等多学科融合，拓展了健康监测的内涵。

5.在技术应用方面有哪些典型案例？

• 光纤传感技术：在芜湖长江大桥斜拉桥项目中，部署光纤光栅传感器网络，实现对抗干扰、高精度的长期应变监测；
• 无线传感网络：基于Zigbee协议开发的低功耗传感器，成功应用于多座大跨度桥梁，降低系统成本并提升可靠性；
• 多源数据融合：通过相关系数分析同截面测点数据的相关性，解决传统方法难以解释的异常现象。

6.如何解决监测中的关键技术难题？

• 数据处理瓶颈：引入边缘计算与AI算法，对海量监测数据进行初筛，剔除噪声与失真信息；
• 传感器优化布设：结合振动模态分析技术，确定关键测点位置，避免冗余配置；
• 标准体系建设：参与制定31项技术标准，推动系统架构、传感器接口的标准化。

三、行业发展与未来趋势

7.当前行业面临哪些挑战？

• 成本限制：监测系统造价高昂，国内仅特大桥普遍安装，中小桥梁覆盖率低；
• 技术融合不足：传统传感器易受环境干扰，光纤设备虽精度高但部署成本难以普及；
• 标准待统一：现有标准在系统报警级别、验收规范等方面存在差异。

8.未来技术发展方向是什么？

• 智能化升级：研发自动损伤识别算法，减少人工干预；
• 轻量化设计：推广非接触式感知设备，降低能耗与维护负担；
• 全生命周期管理：从施工阶段开始植入监测系统，实现"建养一体化"。

9.如何推动技术普及？

• 政策引导：参照《公路桥梁养护管理工作制度》，要求特殊桥梁建立健康监测系统；
• 试点推广：在典型桥梁验证技术可行性，例如陕北吴堡黄河大桥通过监测高墩刚构箱梁的受力特性，积累耐久性数据。

四、总结与展望

桥梁健康监测是保障公共安全与基础设施可持续运行的核心手段。同济大学通过跨学科研究与实践应用，不仅提升了监测技术的精准度与可靠性，更推动了行业标准的完善。未来，随着5G通信、人工智能等技术的深度融合，桥梁健康监测将向"-决策-控制"方向演进，为交通强国建设提供关键技术支撑。