工程检测监测技术全解析：自动化智能化趋势揭秘

一、工程检测与监测技术的自动化、智能化发展

随着科技的不断进步，工程检测与监测技术正日益向着自动化和智能化的方向发展。这种趋势不仅提高了检测的效率，也确保了监测的准确性，为工程建设提供了有力支持。
1、工程检测技术及应用

（1）涵义
工程质量检测是对工程实体进行的一系列活动，包括测量、检查、试验或度量，旨在将检测结果与规定要求进行对比，从而确定各项特性的合格情况。

（2）目的
工程质量检测的两大主要目的是：首先，确认工程产品（或原材料）的质量特性是否达标；其次，判断工序是否正常。而对于既有结构的检测，其目的是评估结构的运营状况、技术状态以及安全等级。

（3）检测分类
工程检测可分为人工检测和自动化检测。人工检测主要依赖目测和简单工具进行外观病害的检测；而自动化检测则借助自动化采集设备对原材料、工程结构等进行全面测试。

（4）应用领域
工程检测技术在土木工程的多个领域得到广泛应用，涵盖建筑、铁路、公路、水利等工程的原材料、施工过程、质量验收以及后期运营等各个环节。
2、工程监测技术及应用

（1）涵义
工程监测技术是在工程结构施工或运营过程中，通过自动化采集设备对结构参数如应变、应力、变形等进行实时测试，进而评估结构的施工质量和安全性，或判断其运营状态是否良好，旨在确保结构的质量与安全运营。

（2）目的
通过监测技术，我们可以及时掌握工程结构的动态变化，发现潜在的安全隐患，为结构的质量和安全提供有力保障。同时，它也为结构的维护和修缮提供了重要的参考依据。
1）在工程施工阶段，监测技术发挥着至关重要的作用，它主要任务是确保大型或复杂结构物的施工质量和安全。

2）而对于结构在运营过程中的在线健康监测，则侧重于通过持续监控环境因素和关键结构参数，来评估结构的运营状态，从而保障其安全运营。

（3）监测技术的分类

接下来，我们将深入探讨工程监测技术的不同分类。
1）在工程施工阶段，监控测量是不可或缺的一环。这涵盖了诸如大跨径桥梁结构的施工监控、隧道施工监控等各类场景。

2）而对于大型桥梁结构，健康监测系统则显得尤为重要。该系统通过安装在桥梁上的传感器实时采集数据，再经由数据采集与传输系统将数据传输至监控中心。在监控中心，专业的桥梁评估软件会对这些数据进行深入分析，包括统计和结构评估，以确保桥梁的安全运营。这一系统涵盖了传感器系统、数据采集与传输系统以及数据处理与控制系统等多个关键子系统。

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图1展示了健康监测系统的整体框架。该系统主要由传感器系统、数据采集与传输系统，以及数据处理与控制系统等多个关键子系统组成。传感器系统负责实时采集桥梁的关键数据，而数据采集与传输系统则将这些数据高效、稳定地传输至监控中心。在监控中心，专业的桥梁评估软件会对这些数据进行深入的分析和处理，包括统计分析和结构评估，从而确保桥梁的安全运营。
3、工程检测与监测技术在工程领域的应用

在道路桥梁及隧道等基础设施的建设与运营中，工程检测与监测技术发挥着至关重要的作用。通过实时采集和监控关键数据，这些技术能够确保结构的完整性和安全性，为工程的长期稳定运行提供有力保障。

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4、工程检测与监测技术的未来走向

随着全球信息化、人工智能AI以及互联网+大数据管理技术的持续进步，工程检测与监测领域正朝着自动化、智能化、系统化和科学化的方向不断演进。具体来看，桥隧的日常巡查正逐步从人工检查向自动化转变，通过桥隧巡查系统，工作人员能更高效地录入和检索病害记录。同时，在桥隧的定期检测方面，智能机器人、无人机、三维激光扫描和图像自动识别等前沿技术正被越来越多地应用于病害的检测、识别和评定中。此外，借助BIM技术、智能仿真分析、结构损伤识别以及桥隧管理系统的发展，桥隧的监测与管理也正朝着评估和管理决策的智能化、自动化和科学化迈进。
图5 长大桥隧监测系统框架

随着科技的不断进步，长大桥隧的监测系统也在日益完善。该系统不仅集成了多种先进技术，还构建了一个全面的监测框架。通过这个框架，我们可以实时获取桥隧的各种数据，包括结构状态、环境条件等。同时，系统还能对这些数据进行智能分析和处理，为桥隧的安全运营提供有力支持。

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图6 基于BIM模型的桥梁智能运维系统框架

随着信息技术的迅猛发展，桥梁的智能运维系统也日益受到重视。该系统以BIM模型为基础，构建了一个集监测、预警、决策于一体的智能框架。通过实时获取桥梁的各项数据，并结合BIM模型进行深入分析，系统能够实现对桥梁状态的精准把控和及时预警。同时，其强大的决策支持功能，也为桥梁的安全运营提供了坚实保障。
2. 桥梁智能运维系统的关键技术

桥梁智能运维系统的核心在于其关键技术的应用。这些技术涵盖了数据采集、模型分析、预警预测等多个方面。通过高效的数据采集手段，系统能够实时获取桥梁的各项关键数据；而借助先进的模型分析技术，这些数据被深度挖掘，为桥梁的状态评估和预警提供有力支持。同时，预警预测技术则确保了在桥梁出现异常情况时，系统能够及时作出反应，为桥梁的安全运营保驾护航。
二、道路工程自动化检测技术的探讨

随着科技的不断进步，道路工程自动化检测技术日益受到关注。这种技术通过运用传感器、无人机等设备，实现对道路状况的实时监测和数据分析。其优势在于高效、准确，能够大幅提高道路检测的效率和质量，为道路维护和安全管理提供有力支撑。
1、平整度检测

车载式路面激光平整度仪，通过激光传感器与垂直加速度传感器的协同作用，构建了一个惯性参照的路面纵断面剖面检测系统。该系统能够实时捕捉路面纵断面剖面的曲线变化，无论是短波长还是长波长，都能一览无余。同时，它还能提供多种路面评价指标，涵盖国际平整度指标（IRI）、平整度标准差（σ）、观测打分值（RN）、行驶质量指数（RQI）、路面构造深度SMTD以及平整度可兼容的（CPMS）路面质量管理系统。
2、多功能路况检测车

路况快速检测系统（CiCS），由交通部公路科学研究院公路养护管理研究中心倾力研发，是我国首套集完全自主知识产权与世界领先技术于一身的多指标路况快速检测装备。这一系统构成了一个高效的路面技术状况快速检测平台，其核心技术指标如图所示。

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图7展示了多功能路况检测车的核心构成。这一检测车融合了多项创新技术，不仅具备自主知识产权，更展现了世界领先的技术水平。其高效的路面技术状况快速检测能力，为公路养护管理提供了强有力的技术支持。
3、路面弯沉检测

（1）全自动落锤式检测车
全自动落锤式弯沉检测车，是北京今谷神箭测控技术研究所的重大研制成果，专为路面结构强度检测而设计。该系统集成了笔记本电脑、GPS定位仪及温度测量功能，同时配备了弯沉值与荷载值的自动检测功能，实现牵引车内的全自动测量，仅需通过USB线连接即可。

弯沉测定，即通过标准质量的重锤从一定高度落下产生的冲击荷载，来测量路基或路面表面的瞬间变形。这涉及到动态荷载下的动态弯沉及弯沉盆的测定，进而反算出路基路面各层材料的动态弹性模量。

（2）激光式高速路面弯沉测定仪
激光式高速路面弯沉测定仪（TSD），是一种尖端设备，用于采集路面承载力信息。它运用多普勒测速原理，测量载重汽车高速行驶时路面的变形速度，并通过这一速度反演出弯沉盆。所得结果可进一步用于路面结构层模量的反算，从而评估道路的承载能力。其关键组件——多普勒激光器传感器，能够实时、非接触地连续测量路面弯沉，确保测量的高效与准确。
激光式高速路面弯沉测定仪

激光式高速路面弯沉测定仪，以其独特的激光技术，为路面弯沉检测提供了新的解决方案。该仪器通过多普勒测速原理，实时监测载重汽车高速行驶时的路面变形速度，进而推算出弯沉盆。这一技术不仅提高了测量的效率，更确保了数据的准确性，为路面结构层模量的反算及道路承载能力的评估提供了有力支持。其核心组件——高性能多普勒激光器传感器，能够连续、非接触地测量路面弯沉，为道路检测带来了全新的体验。
4、横向力系数测试仪

横向力系数测试仪（SFC-IV型）是由交通部公路科学研究院与北京市路兴公路新技术有限公司共同研发的先进设备。它专注于检测路面的横向力摩擦系数，成为路面验收及养护过程中不可或缺的检测手段。该仪器能够实时采集数据，确保数据的准确性，同时，在正常车流速度下，每小时可完成路面损坏状况、平整度以及前方图像等多项技术指标的全面检测。其独特的测试轮设计，以20度的夹角与行车方向相交，配合0.35Mpa的适宜气压，为路面横向力检测提供了高效且可靠的解决方案。
图9 横向力系数测试仪

在路面检测领域，横向力系数测试仪扮演着至关重要的角色。这款仪器，由交通部公路科学研究院与北京市路兴公路新技术有限公司联手打造，专为检测路面横向力摩擦系数而设计。它不仅在路面验收时大放异彩，更在日常养护中发挥着不可或缺的作用。其强大的数据采集能力确保了检测结果的准确性，而每小时可完成的路面损坏状况、平整度以及前方图像等多项技术指标的全面检测，更是其高效性能的有力证明。独特的测试轮设计，以20度的夹角与行车方向相交，辅以0.35Mpa的适宜气压，使得该仪器在路面横向力检测方面既高效又可靠。
3. 横向力系数测试仪的独特设计

这款横向力系数测试仪的设计独具匠心，特别是其测试轮的设计，以20度的夹角与行车方向相交，并辅以0.35Mpa的适宜气压。这样的设计不仅保证了检测的高效性，更确保了检测结果的准确性，使其在路面横向力检测领域中脱颖而出。
三、桥梁检测与监测技术

在桥梁工程中，检测与监测技术扮演着至关重要的角色。通过这些技术，我们可以实时掌握桥梁的结构状态，及时发现潜在的安全隐患，确保桥梁的安全运营。接下来，我们将深入探讨桥梁检测与监测的关键技术及其应用。
1、桥梁检测技术

桥梁检测的分类可以根据检查的范围、深度、方式以及检查结果的用途等来划分，主要包括经常检查（如巡视检查和日常检查）、定期检查和特殊检查三类。而桥梁的现状评价则涉及使用功能评价和承载能力评价两个方面。使用功能评价主要依据技术标准，评估桥梁各部分的完好程度，同时分析桥梁的养护状况及意外事故。承载能力评价则包括原结构验算，基于特殊检查结果的承载能力评定，以及荷载试验评定，旨在确保桥梁的安全承载能力。
2、桥梁监测技术

桥梁的监测工作涵盖了桥梁施工过程中的监控，以及桥梁建成后的健康状况监测。这些监测活动对于确保桥梁施工安全与运营状态的稳定至关重要。具体而言，桥梁监测技术涉及对桥梁结构、材料、施工工艺等多个方面的实时监控与评估，旨在及时发现并处理潜在的安全隐患，保障桥梁的安全运营。

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图10 桥梁监控与健康监测内容对比图

• 桥梁监控与健康监测的对比
  

四、隧道检测与监测技术

1、隧道检测技术

隧道检测，根据其范围、深度、方式和结果用途的不同，可划分为经常检查（包括巡视检查和日常检查）、定期检查以及特殊检查三大类。其检测内容涵盖土建结构如洞口、洞门、衬砌、路面、检修道和排水系统等多个方面，同时包括机电系统的检查，如供配电设施、照明设施、通风设施、消防设施以及监控与通信设施等。特别值得一提的是，隧道衬砌缺陷的检查，常采用探地雷达法。该方法利用高频电磁波在隧道衬砌内传播并反射的特性，通过接收天线捕捉并处理反射信号，最终形成直观的图像展示隧道衬砌的质量状况。
2、隧道监控量测

隧道监控量测涵盖了多项内容，包括必测项目、选测项目以及超前预报等，为隧道的安全运营提供了有力保障。

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图11展示了隧道监控量测的丰富内容，而图12则详细描绘了监控量测的测点布设情况。此外，图13还提供了对典型测试项目的深入分析。这些图表共同为隧道的安全运营提供了全方位的视角和有力的技术支持。

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图12展示了隧道监控量测中典型的测点布置情况。
图13展示了隧道监控量测中典型测点的详细分析情况。