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(dá)到 85 億，這將增加對可靠基礎(chǔ)設(shè)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(chǔ)設(shè)施的一部分，幫助貨物和人員通過以前無法進(jìn)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(yán)重?fù)p壞發(fā)生之前修復(fù)它們是各種電子傳感器幫助促進(jìn)的復(fù)雜過程。

橋梁和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測

正在進(jìn)行的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 (SHM) 的論點是，當(dāng)定期目視檢查發(fā)現(xiàn)任何問題時，要預(yù)防重大損壞可能已經(jīng)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(wù)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(zhuǎn)：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(jìn)行系統(tǒng)的、持續(xù)的分析，并在出現(xiàn)問題時進(jìn)行檢測。本質(zhì)上，橋梁分析的目標(biāo)是預(yù)防問題并在發(fā)生故障時進(jìn)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(zhuǎn)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(fēng)和交通造成的載荷

隨時間變化的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，如結(jié)構(gòu)單元的應(yīng)變、位移

環(huán)境影響，如溫度、風(fēng)、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(dǎo)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(chǔ)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(guān)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(yīng)變的監(jiān)測的應(yīng)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(fù)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(zhuǎn)向物聯(lián)網(wǎng)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(yán)格的技術(shù)驅(qū)動解決方案的方向發(fā)展。人工智能的發(fā)展——一段時間內(nèi)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(dǎo)致傳感器數(shù)據(jù)收集和處理的改進(jìn)方法。

現(xiàn)代橋梁監(jiān)控解決方案使用物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 技術(shù)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(jīng)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(jié)論

由于基礎(chǔ)設(shè)施維護是許多州和地方政府的一項高度優(yōu)先任務(wù)，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(guān)鍵參數(shù)的先進(jìn)傳感器將繼續(xù)成為技術(shù)驅(qū)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(wǎng)驅(qū)動的監(jiān)控解決方案，預(yù)計橋梁工程將繼續(xù)包括機器學(xué)習(xí)和人工智能等先進(jìn)技術(shù)。

有關(guān)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