为什么要进行“桥梁监测”？

作为一个在桥梁健康监测领域工作了多年的工程师，在看到这个问题时，不禁想好好梳理一下以前的工作。在此我就从国家政策导向、国家部委规范要求、结构特性、提高桥梁养护管理水平和行业发展需要五个方面来谈谈桥梁健康监测的必要性和重要性。目前，桥梁结构健康监测主要用于大跨度重要桥梁，是传统长期安全监测技术的发展和延伸，它的特点表现在：监测内容广泛全面、测试诊断、评估实现了自动化，能够实时发现桥梁病害或不良反应并及时进行处理。

1.国家政策导向需要

在交通运输安全现实需求及工程结构安全预警技术蓬勃发展的大背景下，关于公路工程结构安全监测的政策法令相继推出：

2011年4月28日，交通运输部办公厅印发的《公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划》（交规划发〔2011〕192号）强调：“建设信息互通、协同高效的部省两级路网管理平台，完善对国省道重要路段、特大型桥梁、长大隧道等重点监控目标运行状态、气象条件等的监测、监控和预警。”、“加强国家高速公路、重要国省道路段、重点客货运输站场、通航枢纽、大型桥梁、长大隧道、大型互通式立交桥的监控设施建设；加快治超检测站联网，完善治超监控网络。”

2012年1月19日，交通运输部办公厅印发的《公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划推进方案》（厅规划字〔2012〕12号）强调：应对特大桥梁的运行状态、环境、气象与灾害“实现动态监测”，应完善对特大桥梁“运行状态、气象条件等的监测、监控，强化预测预警及评估”。

2013年，交通运输部公路局发布的《交通运输部关于进一步加强公路桥梁养护管理的若干意见》（交公路发〔2013〕321号）更明确指出：“特大、特殊结构和特别重要桥梁的养管单位，要利用现代信息技术，建立符合自身特点的养护管理系统和健康监测系统”。2014年8月27日，国家发展改革委等8部委印发的《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出：智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。“（九）加快建设智能化基础设施。”指出：推动城市公用设施、建筑等智能化改造。“（十二）加快重点领域物联网应用。”指出：加快物联网在城市管理、交通运输……等领域的推广应用，提高城市管理精细化水平，逐步形成全面感知，广泛互联的城市智能管理和服务体系。

2015年5月，交通部副部长冯正霖在《对我国桥梁技术发展战略的思考》一文中，围绕“‘十三五’我国公路桥梁发展要坚持‘创新引领，建养并重’”的中心思想，重点指出：（1）“面对我国桥梁长期性能研究和长大桥梁运营管理的技术需求，需要研发高精度、长寿命、智能化传感器，发展桥梁关键状态参数和性能指标长期跟踪监测技术，构建桥梁健康诊断及性能和抗力衰变监测技术体系与标准，研发基于BIM技术的桥梁管养系统，以推动我国公路桥梁养护管理技术的发展”；（2）“要提升桥梁养护管理技术和水平，在开展桥梁常规检查、评价、维修与养护工作的同时，尤其要注重对特大型桥梁的安全运营与监测，确保重要桥梁的运营状况实时可控。”。

2015年7月4日，国务院公开发布的《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》（国发〔2015〕40号）将“互联网+便捷交通”列为重点行动，并指出“利用物联网、移动互联网等技术，进一步加强对公路、铁路、民航、港口等交通运输网络关键设施运行状态与通行信息的采集。……，提高基础设施、运输工具、运行信息等要素资源的在线化水平，全面支撑故障预警、运行维护以及调度智能化”。

2015年10月《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》则指出：我国“重大安全事故频发”，“面临诸多矛盾叠加、风险隐患增多的严峻挑战”，应“建立风险识别和预警机制，以可控方式和节奏主动释放风险”。因此，桥梁监测的重要性将再度提升。2016年2月6日，国务院印发《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》：要加强建筑安全监管。实施过程全生命周期风险管理，重点抓好房屋建筑、城市桥梁、建筑幕墙、斜坡（高切坡）、隧道（地铁）、地下管线等工程运行使用的安全监管，建立安全预警及应急控制机制。

2016年4月19日，交通运输部公开发布的《交通运输信息化“十三五”发展规划》中要求：推动基础设施数字化和运行智能化，重点推进信息采集和监测设施与交通运输基础设施工程同步规划、同步建设和改造，加快国省干线公路和内河高等级航道运行状态信息监测体系建设，增强网络协同运行能力。

2018年3月交通运输部印发的《公路长隧养护管理和安全运行若干规定》（交公路发〔2018〕35 号）分别对公路运管单位、省级行业主管部门和交通运输部三级管理机构均提出了具体安全监测工作要求：1）“长大桥隧经营管理单位应当逐步建立长大桥隧结构监测体系”，并“定期将监测结果与检查结果进行比对和分析，提出监测评估报告，不断完善评估制度”；2）“省级交通运输主管部门应当建立重点桥梁和隧道技术状况监测制度，结合监测结果定期分析长大桥隧养护管理和安全运行情况”；3）“交通运输部结合年度国家公路网技术状况监测工作抽取部分重点桥梁和隧道进行检测”。

2.国家部委规范明确规定需要

（1）《建筑与桥梁结构监测技术规范》GB50982-2014住房和城乡建设部于2015年8月1日正式颁布实施的国家标准《建筑与桥梁结构监测技术规范 GB50982-2014》在如下条款中提到：7.1.2条：对特别重要的特大桥，应进行使用期间监测；7.1.3条：……，满足下列条件之一时，桥梁结构宜进行使用期间监测：1.主跨跨径大于150m的梁桥；2.主跨跨径大于300m的斜拉桥；3.主跨跨径大于500m的悬索桥；4.主跨跨径大于200m的拱桥；5.处于复杂环境或结构特殊的其他桥梁结构。（2）《城市桥梁养护技术规范》CJJ99-20033.0.10条：I类养护的城市桥梁，……，有条件的城市可采用自动化监测系统设点测控，应随时掌握桥梁技术状况和中长期发展趋势。（3）《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》（JTT 1037-2016）2016年2月2日，交通运输部颁布了《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》（JTT 1037-2016）技术标准，对长隧等结构物安全监测的技术要求作出了规定。

3. 管理需要随着公路基础设施规模的急速增长，以人工巡查和定期检查为主的传统公路检修养护技术手段已逐渐不能适应现代化公路的运营管理要求，主要体现在以下局限和不足：

1、前期准备工作繁复，检查周期长，影响正常交通运行，效率低；2、有诸多检测盲点，结构内部以及某些局部构件受条件所限无法进行检测或近距离观测；3、主观性强、整体性差、难以量化，检查和评估结果取决于检查人员的专业知识水平和检测经验；4、检查间隔时间长，每两次检测的中间时间无法掌握桥梁状况，对突发安全事故无提前预警和应急机制；5、花费大量人力、物力，特别是后期检测和养护成本偏高。近年来，随着政府和行业主管部门对“智慧城市”、“智慧交通”等技术的政策倡导和资金投入，物联网、云技术和大数据等新技术投入实用，对公路基础设施进行现代化监测管理的需求越来越迫切。健康监测系统通过实时连续方式获取桥梁结构关键部位的状况信息，采用自动评估系统在线进行分析和评价，并与人工检查方式相结合，及时发现桥梁病害隐患，通过短信、鸣叫等方式向管理人员发出预警，提早采取处治措施，有效预防倒塌等灾难性事故，保障桥梁运营安全。桥梁健康监测系统在桥梁管养工作中的现实意义体现在以下几个方面：1、完善安全预警机制，辅助桥梁日常管理当桥梁在特殊气候、交通条件下监测结果超出预警值时发出预警信号，管养单位及时采取应对措施，第一时间做好应急抢险准备，防止发生进一步的结构破坏和交通安全事故。2、及早发现桥梁病患，并为桥梁病患原因分析、选择合理的处治措施提供基础数据和必要的技术分析依据。3、验证设计，减小设计理论不足给桥梁管养工作带来的不确定性，并为验证相关理论甚至形成新的设计理论提供最真实的基础数据资料。4、桥梁健康监测系统可用于突发事件（车、船撞击）、灾害事件（山体崩塌、滑坡、泥石流、地震等地质灾害，洪水、暴雪等气象灾害）发生后的快速结构安全状态评估，从而为尽早开放交通创造条件，减小事件对交通的影响。5、通过结构安全监测系统及时评价桥梁的工作性能，确保桥梁安全运营，延长桥梁的使用寿命。

4.行业发展的需要

大型复杂土木工程结构的生命过程一般包括：总体规划、设计施工以及运营管理这三大阶段，以往受技术和经济条件的限制，主要精力都集中在第二阶段，随着经济的发展特别是全国性的交通网络的迅速发展，总体规划的工作已愈来愈受到人们的重视。随着大型复杂土木工程结构的大量建造，以及它们的巨大投资及在国民经济中的重要作用，工程运营管理及结构的健康监测也越来越受到重视。

随着结构服役期的增长，由于气候、环境等自然因素的作用和活载的日益增加，结构使用功能的退化必然发生。在我国经济蓬勃发展的形势下，对于交通运输能力的要求也在不断提高，不少大型复杂结构的老化和功能退化已呈现加速的趋势。

桥梁结构出现损伤和破坏主要有三方面的因素：

第一，结构先天不足。在设计和施工中结构本身具有缺陷，在后期的运营和使用中，结构受力不合理而出现损伤和破坏。由于我国早期所修建的工程结构设计周期和施工工期匆忙，材料市场不成熟，同时在设计和施工中缺乏严格的监理手段和监测措施，使得一些已建成的结构存在一定工程质量问题。

第二，结构设计荷载标准较低，使得在后期使用中，实际荷载大于设计荷载，并超龄服役使得结构发生损伤和破坏。一个工程结构的安全性水平不仅取决于工程设计、施工技术和管理人员的水平与素质。而且取决于工程法规、规范所规定桥梁健康监测中的关键性问题研究的安全设置水准。

我国公路桥梁设计规范在安全设置水准上的低要求非常突出。日本、德国的设计规范总体上比英美更保守，多数发展中国家一般参照发达国家规范。台湾和香港地区，分别参考或依据美国和英国规范。由于规范的低要求使得我国的工程结构在使用耐久性和极限承载能力方面有所欠缺，随着经济的发展和交通量的增加，桥梁结构上的实际承受荷载都有很大提高，使得结构安全可靠性大大降低，结构局部构件出现损伤和破坏的的机率增加。

第三，结构受到超出设计预料的突加荷载作用使结构在短时间内承受的荷载超过了设计所考虑的最大承载能力，从而使结构发生损伤和破坏。在突加荷载中，地震荷载及风荷载是主要的破坏性荷载，以我国为例，20世纪大约平均每三年发生两次七级以上地震，而两次地震中几乎就有一次酿成重灾嘲。风荷载也是工程结构长期以来需要面对的破坏性荷载，在桥梁和建筑结构使用过程中，遇到超出设计考虑的较大风荷载突然作用时，结构将经受一次破坏性荷载的考验，使得结构可能出现局部或整体的损伤和破坏，美国的Tacoma大桥、德国的Nassau桥、英国的Union桥等都是由于风振发生破坏圈。

美国现有近60万座桥梁，美国联邦公路管理局（FHwA）的统计数字表明：约有l/3的桥梁功能陈旧或有结构缺陷，需要修复，大概需要投资700亿美元，且估计每年有150--200座桥会倒塌；在英国，据报道也有1/3的桥梁需要修复；在加拿大，为修复桥梁损坏的全部基础设施工程估计需耗费5000亿美元；在我国，交通量与日俱增，车辆载重不断提升，缺乏例行维修，不少桥梁处于带病超负荷工作状态，尽管新桥不断建成投入使用，但同时更多的旧桥梁到达或即将到达其设计服役期，截止2000年底，我国的公路危桥为9597座，公路桥梁每年实需维修费38亿元，实际到位仅8亿元。可见桥梁工程结构的损伤和破坏并不是个别现象，即使一个设计和施工都非常完美的结构，随着服役时间的延长和荷载的增加，结构出现损伤和破坏的概率将不断增加。

大跨桥梁结构的安全性对国民经济、社会稳定和人民的生命财产具有直接的重大影响。随着对工程结构的安全性、耐久性及正常使用功能的日益关注，人们希望能够在结构的服役期，即使出现一些如地震、台风、爆炸等灾害性事件后，能充分了解结构的健康状况，以决定是否需要对结构进行维修和养护，以及何时进行维修和养护。

综上所述，建立有效的桥梁健康监测系统是有必要的。

————文章转载自“星图测”公众号,仅用于本网站学习交流，侵权必删