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桥梁健康监测系统能否替代人工巡检?桥梁养护数据的融合困境与突破方向
更新时间:2025-07-15 10:58
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在众多桥梁项目引入桥梁健康监测系统的初期,业主方常常会问一个直截了当的问题:这套系统能否在一定程度上,甚至完全取代人工巡检?这个问题也引起了诸多专家学者的关注,他们纷纷设立研究课题,探讨如何将桥梁健康监测系统产生的数据与人工检测获得的数据进行有效整合。从业主和学界的共同诉求来看,目前桥梁监测数据与人工检测数据往往是各自为政,缺乏深度融合。

我们此前曾提及,从“检测时效性”和“检测精确度”这两个维度来审视桥梁养护数据,可以将其分为三类:常规的人工检测,时效性相对滞后,但精度较高;桥梁健康监测系统则能提供近乎实时的数据,但在识别具体病害方面能力有限;而快速检测技术则介于两者之间,平衡了时效与精度。这种分类仅仅是从数据获取方式的角度进行的,并未深入探讨不同方式之间的可替代性以及数据融合的可行性。据我们观察,关于桥梁检测与监测数据的融合,业界已有几种初步的探索方向。

桥梁健康监测

一、相辅相成

早期的桥梁损伤识别理论在工程实践中的应用效果有限,因此,一个务实的做法是让桥梁健康监测系统充分发挥其时效性强的特点,损伤识别算法能初步判断损伤是否存在并大致定位,随后由人工进行检测,以确定损伤的具体类型和严重程度。这种模式下的人工检测是“按需触发”,区别于常规的、按照规范要求定期进行的例行检查。

早期针对特大型桥梁设计的监测系统,往往会同步编制专门的桥梁检测手册。这是因为国内现行的桥梁检测规范更侧重于量大面广的普通桥梁,对于结构特殊、体量巨大的桥梁,其适用性有所不足。因此,为这类特殊桥梁量身定制的检测手册或指南具有重要的工程价值。然而,在实际操作中,这些手册是否得到了严格执行,还有待进一步的调查和评估。我们在一份提交的报告中也建议,应加强对长大桥梁的日常养护和巡检工作,这一建议是基于我们有限的调研发现,这方面的工作可能存在不足或需要加强。

桥梁健康监测

二、在桥梁整体评价层面融合

桥梁经过定期检测后,会依据规范对其整体状况评定为一至五类(或A、B、C、D等级),对于评定为四、五类(或C、D级)的桥梁,需及时采取维修措施。部分学者提出,可以将桥梁健康监测数据作为补充,纳入桥梁整体评价体系,使其成为评价的重要参考指标。桥梁的整体评价看似量化,实则带有较强的主观判断色彩;而桥梁健康监测数据则更偏向于客观的定量参数。是让定量参数去适应定性判断,还是让定性判断来协调定量参数?早期桥梁监测系统多侧重于损伤分析,分析结果需人工确认,并在承载力评估中通过折减系数体现,而承载力评估本身与基于技术状况的评级属于不同的评价维度(这一点将在后续关于桥梁评估层次的讨论中详述)。近期的桥梁健康监测系统则更关注结构局部的某些参数,这些局部参数是应与具体构件或部件的状况相结合,还是应与桥梁的整体评价指标相融合,这仍是一个需要探讨的问题。

桥梁评估可分为多个层次(参考《桥梁养护数字化-桥梁评估》):遴选型评估是从众多桥梁中筛选出需要重点关注的对象,总体指标评价即属此类;承载力评估关注桥梁的承载安全性,某些国家甚至规定重大维修决策前必须进行承载力评估;详细评估则针对加固方案的设计与选择。每个评估层次都需要数据和信息支撑。那么,桥梁健康监测数据和检测数据应在哪个评估层次上进行融合呢?例如,监测系统若进行模态分析,可通过模态校准有限元模型;通过监测车辆荷载,可建立评估汽车荷载的模型,这些信息可用于承载力评估。从监测系统设计来看,对于长大桥梁,尤其是柔性体系桥梁,其监测数据最终服务于承载力评估是较为合理的。而人工检测数据则更多地用于遴选型评估。由此可见,对于长大桥梁,监测与检测数据的融合点并不容易确定。

桥梁健康监测

三、在养护数字化基础层面的融合

除了评估层次,还有一个对桥梁构件进行详细评级的基础性评估,这是构建整个养护数字化技术体系的基础。桥梁构件评级主要依赖于人工检测数据。对于中小跨径桥梁,如果桥梁健康监测数据能够用于评价构件的技术状况,那么在构件层面实现监测数据与检测数据的融合便成为可能。这也引出了我们之前讨论过的一个问题:对于中小桥梁,是侧重于桥梁整体监测,还是更细化的构件监测?

四、借助人工智能技术实现融合

设想有一位资深的桥梁专家,能够综合查阅定期检测报告和桥梁监测系统的分析结果,对桥梁给出非常精准的评估判断,并提出切实可行的养护建议。这种工作模式是切实可行的。如果通过模型训练,将众多此类专家的经验融入系统,并结合监测与检测数据,是否能够为桥梁养护决策提供强大的支持呢?这或许是一条可行的发展路径。桥梁定期检测工作持续进行,监测系统的应用也日益广泛,如何有效融合这两类数据、在哪个层面进行融合、融合后应输出怎样的结果等等,这些问题亟待解决。目前来看,单独看待这两类数据,其价值都尚未得到充分挖掘和利用。最终,可能需要从更高的维度来思考这些问题,养护数字化和人工智能的应用或许能提供这样一个“升维”的解决方案。

中交路桥科技结合多年行业先进经验,融合数字经济和国家安全体系发展需求,构建“智能监测、科技领先、智慧城市、数字赋能”的品牌战略,形成了工程检测、城市安全监测、数字化研发运维三大业务板块。公司技术实力雄厚,当前拥有一支高素质工程医生团队,囊括了铁道工程、城市道路与公路、桥梁工程、隧道工程、建筑工程、水利工程、工程物探、安全技术、电力、信号、集成电路、智能科学等专业。公司试验、检测、监测仪器设备齐全,用于试验检测、测绘的仪器设备共计千余套,为试验检测、监测数据的科学、准确提供了硬件保证。

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