全球人口正在增長。據(jù)聯(lián)合國估計，到 2030 年，這一數(shù)字將達到 85 億，這將增加對可靠基礎設施的需求，以便為全球公民提供住所和交通工具。1個

各種橋梁是這一重要基礎設施的一部分，幫助貨物和人員通過以前無法進入的走廊。橋梁維護和修理以掌握正在發(fā)生的問題并在嚴重損壞發(fā)生之前修復它們是各種電子傳感器幫助促進的復雜過程。

橋梁和結構健康監(jiān)測

正在進行的結構健康監(jiān)測 (SHM) 的論點是，當定期目視檢查發(fā)現(xiàn)任何問題時，要預防重大損壞可能已經為時已晚。SHM 對肉眼可能不容易看到的變化條件保持脈搏。SHM 承諾它可以及早發(fā)現(xiàn)問題并避免昂貴的維修、道路封閉等。SHM 的成本也不是微不足道的，但作為一種保持業(yè)務活躍并可能挽救生命的方法而受到青睞。

工程師從兩個方面收集數(shù)據(jù)以保持橋梁運轉：維修和持續(xù)維護。傳感器在每個類別中都發(fā)揮著作用。保持橋梁安全需要進行系統(tǒng)的、持續(xù)的分析，并在出現(xiàn)問題時進行檢測。本質上，橋梁分析的目標是預防問題并在發(fā)生故障時進行故障排除。從傳感器獲取數(shù)據(jù)的高級計算能力和人工智能也加速了向持續(xù)監(jiān)控的轉變。

測量參數(shù)

為了清楚地了解橋梁的健康狀況，行業(yè)專業(yè)人士需要測量一些不同的參數(shù)。這些包括：

外部載荷，例如風和交通造成的載荷

隨時間變化的結構效應，如結構單元的應變、位移

環(huán)境影響，如溫度、風、濕度、雨水和其他降水，因為它們會影響近期和長期的橋梁狀況

腐蝕等環(huán)境條件也會導致橋梁部件失效

甲板和面板的開裂、傾斜、橋梁周圍的水位可能會影響橋梁所在的基礎強度、沉降、振動和疲勞都是重要的考慮因素。工程師測量的參數(shù)的確切組合取決于橋梁所在區(qū)域的具體地理位置。例如，在多雨地區(qū)，我們可能需要更頻繁地監(jiān)測雨水腐蝕，而河流上的橋梁可能需要關注伴隨侵蝕而來的河床沖刷。

使用的傳感器

用于測量這些不同參數(shù)的一長串潛在傳感器可能包括：

基于振動的監(jiān)視器，如加速度計

用于基于應變的監(jiān)測的應變計

光纖傳感器可測量各種參數(shù)，例如溫度、壓力和濕度。

用于檢查橋梁重量的負載傳感器

裂縫計和接縫計，用于測量裂縫和接縫處的運動

轉向物聯(lián)網和基于云的解決方案

橋梁工程正朝著使日常維護方面成為更嚴格的技術驅動解決方案的方向發(fā)展。人工智能的發(fā)展——一段時間內的數(shù)據(jù)可以告知我們潛在的故障或發(fā)現(xiàn)異常行為的模式——正在導致傳感器數(shù)據(jù)收集和處理的改進方法。

現(xiàn)代橋梁監(jiān)控解決方案使用物聯(lián)網 (IoT) 技術頻繁采樣數(shù)據(jù)并將其中繼到云端的數(shù)據(jù)處理模型。橋梁工程借鑒了制造業(yè)的經驗，從所有數(shù)據(jù)輸入中創(chuàng)建了一個數(shù)字雙胞胎，以了解不同參數(shù)如何相互影響以及修改一個參數(shù)如何影響其余參數(shù)。

傳感器通常以太陽能為食，或者可能使用僅在需要時定期喚醒的電池，從而節(jié)約能源。

結論

由于基礎設施維護是許多州和地方政府的一項高度優(yōu)先任務，他們正在努力使用最有效的解決方案來正確完成工作。測量各種關鍵參數(shù)的先進傳感器將繼續(xù)成為技術驅動解決方案的重要組成部分，用于持續(xù)監(jiān)控和按需維修。

未來，隨著越來越多地采用基于云的物聯(lián)網驅動的監(jiān)控解決方案，預計橋梁工程將繼續(xù)包括機器學習和人工智能等先進技術。

有關橋梁監(jiān)測解決方案的更多深入信息，請參閱配套文章橋梁監(jiān)測傳感器。

審核編輯黃昊宇