光纤传感器技术为桥梁健康监测保驾护航 - 信息谷 - ICITU

作为道路交通建设的重要组成部分，桥梁的安全性问题日益引起人们关注。由于桥梁在建设过程中存在施工难度大、环境差的问题，以及部分人为因素，而在服役过程中，反复遭受各种荷载的作用，材料的疲劳与腐蚀，以及自然因素破坏，桥梁的安全存在一定隐患。而桥梁破坏造成的损失无法估量，因此桥梁安全监测极为重要。

作为城市重要的交通设施，城市桥梁是城市交通的纽带和命脉。因此，对于一些每天都会频繁使用的大桥来说，桥梁本身的安全状况必须得到实时监控。

2019年10月10日，无锡312国道K135处、锡港路上跨桥发生桥面侧翻事故，造成3人死亡、2人受伤。经初步分析，事故发生原因可能是货车超载所致。事故发生后大家也在积极讨论事故发生的原因和有效的解决方案，毕竟城市交通关系到我们每一个人的日常通勤和出行安全。

目前，无锡高架桥侧翻的事故原因尚未定性，但从技术角度来讲，涉及对车辆与货物，以及道路桥梁等基础设施的监测，看起来都不是太难解决的问题。

首先，对车辆的识别是最容易实现的。有专家提出，就塌掉的这座独柱墩桥梁的结构特点而言，在设计时是不会考虑上百吨偏心移动荷载的安全性的，换言之，有些类型的车辆根本就不应该驶入这类道路（暂时不讨论作为货运通道的312国道这样设计是否合理）。

想识别出这些车辆，只需要在遍布道路的智能交通摄像头的规则中添加长度、轴数、栏高等特征规则，加上交管部门对车牌号和车型数据的掌握，技术上是很容易实现的。

此外是对道路或者更广泛的城市基础设施健康状态的监测。经过几十年的快速城镇化，东部沿海地区的各种基础设施基本上都达到或者超过了设计寿命，普遍的超负荷运转也会大幅降低基础设施的实际寿命，未来，极有可能爆发严重事故。

据不完全统计，国内十年来垮了超过50座桥梁，如果加上基础设施管网的爆炸、塌陷、内涝等重大事故，可以说基础设施事故已经成为城市的最重大安全风险之一。

就桥梁而言，结构安全（应变、裂缝、位移、挠度、倾角、温湿度、沉降）、车辆荷载（车型、车速、车重、轴重、车长）等关键参数都可以通过各种传感器和低功耗物联网进行实时在线监测。地下管网、建筑结构等基础设施的运行状态，包括泄漏、开裂、形变、工程破坏等也都可以采用类似的方法，识别微小的事故隐患，并及时干预。

一座上百米的桥梁，需要上百个各类传感器，数十万元成本就可以实现完整的状态监测。作为万物互联的最普遍场景，5G网络的大连接特性，未来也将在基础设施监测领域发挥最大的作用。

结构形变、交通流量、车辆类型，到管道渗漏、施工震动等各种监测，几乎无所不能，近年来开始广泛应用于基础设施的监测领域。由于可以复用现有城市光纤通讯网络，只需要在电信运营商机房增加一些设备，就能以较低成本形成一张覆盖整个城市的新感知网络。

传统的桥梁安全监测，主要以人工巡查为主，并辅之以相应的检测设备，但是很难做到对桥梁实时、连续不间断的监控，监测方式也不够智能化。

随着物联网及智慧城市的不断深入发展，对桥梁的健康安全监测、重要结构部位的养护，都已离不开对传感器的应用。一些可靠、精确和便宜的新型传感器的开发和应用(如光纤光栅压力传感器、光纤光栅位移测量传感器、光纤光栅应变测量传感器、光纤光栅振动测量传感器等)，有力推动了桥梁健康安全监测的发展。

例如，在湖北武汉市城市桥梁管理中，1000多个传感器随时为30多座大桥“把脉”健康。专家介绍，给桥梁安装各类传感器和采集设备，就像**给病人戴上24小时监测仪一样，这些传感器和采集设备会实时将桥梁的结构状况、基础沉降、车辆监测抓拍等各种监测数据，通过互联网存储至云计算数据中心服务器中，实现对桥梁的全天候自动化监测。

除湖北武汉，安徽合肥同样构建了城市桥梁安全监测系统，387个传感器助力繁华大道跨南淝河大桥主跨和金寨路高架桥安全，实时监测桥梁的索力、应变、倾角、位移、挠度、加速度、结构温度等变化。

据相关数据统计，目前，我国已有200到300座大桥采取了加装传感器的方式来加强对桥梁健康的监测，费用从百万元到千万元不等。据业内人士预测，我国桥梁等基础设施养护，未来将是一个每年数千亿元的大市场。

此次，无锡桥梁倾覆事件给全国桥梁安全防护敲响了警钟，相关部门在加强对过往车辆监管的同时，也应充分意识到桥梁运维管理信息化的必要性，更多的运用现代物联网传感器技术，对桥梁健康进行监测，确保桥梁安全。