“一橋飛架南北，天塹變通途”，橋梁對我們的基礎設施至關重要，橋梁和人一樣，也會有“生老病死”，它需要定期維護，以確保汽車、卡車、鐵路車輛和經常通過它們的行人的安全。但是，許多橋梁的歷史都有30年或更長了，市民有可能每天都要穿過存在結構缺陷的橋梁。因此，只有通過科學的檢測與監測，才能及時、準確掌握橋梁技術狀態，保證其安全健康。

先看一組數據

改革開放以來，我國橋梁建設取得了飛速發展，橋梁數量在2011年便已超過美國，成為世界**橋梁大國。1990年至2018年間，我國新增橋梁總數占全世界的47%，年均新增公路橋梁2.57萬座。目前，我國已有超過87萬座公路橋梁，超過20萬座鐵路橋梁。

隨著蘇通長江公路大橋、港珠澳大橋等一批**橋梁的建成，在跨徑排名世界前十的斜拉橋、懸索橋中，我國已“霸占”了一半以上的席位。在日新月異的橋梁建設發展進程中，有以下四個問題值得我們去思考。

橋梁傷病不得不防輕則“減壽”重則垮塌

橋梁建成通車只是實現其生命價值的起點，只有保證健康與安全，才能發揮其應有的作用。

在服役期內，載荷疲勞效應、環境腐蝕和材料老化等因素的耦合作用，都將不可避免地導致橋梁結構損傷累積和抗力衰減，從而降低其抵抗災變的能力，這些損傷如不能及時發現并得到修復，輕則將影響行車安全，縮短橋梁使用壽命，重則將導致橋梁突然破壞甚至垮塌。

要保證運營期橋梁的安全與健康，首先要準確把握橋梁當前的技術狀態及發展趨勢。

從歐美發達國家經驗與教訓來看，經濟高速發展期間建成的橋梁，往往存在技術力量稀釋、搶趕工期等問題，所以普遍存在嚴重隱患；與此同時，通常橋梁在建成20到30年后，也將進入病害多發期。

在役長大橋梁安全與健康國家重點實驗室收集了**447座橋梁垮塌的案例，從其中184座有公開資料標明事故成因的案例來看，49%是由于運營期人為因素及管養不足所造成的。

事故呈現“低齡”特點安全形勢明顯好轉

資料顯示，我國當前橋梁平均橋齡僅為18.2年（美國為43.2年），尚未進入高齡、高危期，普遍還很“年輕”，而且隨著近年來橋梁領域標準體系與管理制度建設日趨完善，設計、施工與管養技術快速發展，監管力度不斷加強，危舊橋加固改建速度不斷加快，公路橋梁的安全形勢已發生較明顯好轉。“十二五”期間，我國公路橋梁總數以年均3.6%的幅度逐年增長，危橋數量卻以年均4.45%的幅度不斷減少，橋梁安全事故總體處于下降態勢。

然而，值得重視的是，西南交大學者對我國70起橋梁事故進行分析的結果顯示，從開通到出現事故的平均時間僅為25年（低于同期對世界181座橋梁分析得出的29年這一平均時間）；在役長大橋梁安全與健康國家重點實驗室對我國100座運營期事故橋梁進行的統計分析也表明，發生事故時橋齡≥50年的不到15%，事故橋梁平均壽命僅為29.36年。

老齡進程加速推進先天不足 后期缺養

目前，我國上世紀80年代和90年代初修建的橋梁已開始大量進入重大維修養護期，管養壓力與安全風險必然逐年加大，且當前一些橋梁在運營過程中已暴露出“先天不足”“后期缺養”等問題，系統地提升橋梁服役性能和安全保障能力已刻不容緩。

中美橋齡數據對比

對比美國橋梁發展來看，其大規模建設期為上世紀50年代到70年代；1950年時，美國橋齡在30年以上的橋梁占比為17.5%，到1970年，這個數字已發展為37.7%，其工作重心也開始逐步轉向管養。2016年，美國橋齡在30年以上的橋梁占比為62.3%，其90%的經費已用于養護維修，僅有10%的經費用于新建。

2014年，我國橋齡在30年以上的橋梁占比為18.4%，根據當前建設情況和相關規劃推測，2034年，這一占比將增加為42.4%；2044年，將增加為62.7%。對比中美30年以上橋齡的橋梁占比可以發現，美國該比例從18%增長到60%，用了約60年，而中國只要大約30年，從這個角度來看，中國橋梁老齡化正在加速到來。

技術研究走向“四化”傳統模式 難當重任

隨著橋梁數量增加、橋齡日增，橋梁管養壓力與資金缺口必然日益增大，以人工檢查、經驗決策和糾正式養護為特點的傳統管養模式，將越來越難以滿足現代橋梁管養需求，為實現提質、增效、降本的橋梁養護本質需求，必然要求橋梁管養模式逐步轉向以精準決策和預防性養護為特色的智慧管養模式。

而要實現智慧管養，首先必須準確掌握橋梁的技術狀態、先進的檢測與監測技術，進而保證橋梁安全與健康。

隨著對橋梁的結構要求、服役要求、以及長期性能要求的提高，對橋梁檢測與監測及其相關的病害診斷與分析技術的研究呈現出新的趨勢，主要表現為深入化、集成化、標準化、智能化四大特征：

深入化

結構損傷機理研究正逐步從微觀向宏觀、從短期向長期、從單因素向多因素耦合拓展。

集成化

無損檢測裝備與養護維修裝備的小型化、專業化、集成化程度正日益提高；健康監測系統中傳感、采集與傳輸設備的高度集成將是大勢所趨；依托BIM平臺，設計、施工、檢測、監測、養護、維修的信息將高度集成融合。

標準化

不僅是傳統意義上的檢測、監測、養護管理措施和質量評定方法的標準化，也包括為實現數據互聯互通而快速推進的信息標準化工作。

智能化

云平臺、大數據、物聯網和移動通訊技術的快速發展，已為橋梁檢測與健康監測技術提供了重要技術支撐，檢測與監測技術正在逐步融合，結構病害的早期識別、趨勢推演、自動檢測評分、安全風險自動排序、養護資金智能優化配置、橋梁壽命預測等都將成為可能。

傳感器如何保護橋梁？

當傳感器被用于探測災難性結構故障的早期預警時，它們也在收集地震或颶風等自然天氣事件后必要的結構維修的重要數據。

一種無線傳感器裝置，也稱為無線傳感器節點，具有連接到處理單元、通信單元和電源單元的傳感單元。傳感器還具有存儲內存的作用。

傳感單元可以包括一個或多個傳感器，用于獲取感興趣的任何物理現象的數據，例如溫度、濕度、應變和加速度。還有一個信號調節單元，它包含一個模數轉換器（analog-to-digital converter，ADC）單元，用于轉換模擬信號。處理單元是節點的主控制器。它負責管理無線傳感器節點的操作，包括感知和無線通信。它通常由具有處理和數據存儲能力的車載電腦（即微控制器單元）組成。

當我們監控橋梁時，我們可以應用大量的傳感器節點來構建一個無線傳感器網絡（wireless sensors network，WSN），而傳感器則構建數據采集子系統，無線傳感器網絡可以獲取兩種類型的數據采集子系統：

控制和數據分析子系統

控制和數據子系統收集和處理數據，然后采取適當的預定措施來解決或防止交通問題。

通信子系統

通信子系統通過無線鏈路實現無線傳感器節點之間的通信。這些鏈路依賴于傳輸介質，可以是射頻（RF）、光、聲或磁感應鏈路的形式。

當然，傳感器并不是利用技術確保我們基礎設施安全的**方法。邊緣計算、5G、物聯網、人工智能和機器學習與其他尖端技術相結合，正在為許多國家的公民提供突破性的基礎設施進步措施。

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