关于桥梁健康监测系统升级改造的相关思路

2019-8-13 13:35

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检师学社发了很多技术交流的文章，根据我们的统计桥梁梁健康监测系统话题的文章别其它类的文章的关注率都高，因此桥梁健康监测系统在智能化、大数据的趋势下仍然是桥梁运营管理的一个热点问题。目前我国已经建设的桥 ...

检师学社发了很多技术交流的文章，根据我们的统计桥梁梁健康监测系统话题的文章别其它类的文章的关注率都高，因此桥梁健康监测系统在智能化、大数据的趋势下仍然是桥梁运营管理的一个热点问题。目前我国已经建设的桥梁管理系统尤其是10年前建设的系统，有的在运营过程之中存在功能性的缺陷，甚至有些系统需要进行升级改造。

一、早期桥梁健康监测系统存在的问题

目前一些早期建设的桥梁健康监测系统存在的主要问题如下：

1、监控中心监测系统

监控中心监控系统显示的监测参数有不能全部显示，有些监测参数可以正常显示，有的监测参数不能正常显示。能正常显示的监测参数的准确性也是我们应该关注的问题，有的参数虽能显示，但其经过长期运营可能会造成监测参数准确性下降不能满足要求。如桥梁的健康监测系统通常安装监测车辆荷载的动态称重系统，在长期运营后可能会造成数据不准确，动态称重数据的准确性需要进一步的进行现场标定来验证。桥梁安装的桥梁结构监测系统的环境参数、桥梁振动测试的加速度传感器、索力测试的加速度传感器、倾角仪、光纤应变计、静力水准等参数可能由于软件或硬件的问题，监控中心软件均不能显示监测参数。

2、桥梁上安装的监测设备和采集设备

我们通过现场查看不同的桥梁监测系统，有的监测系统采集单元不能正常显示数据，供配电系统工作正常。采集控制器、以及采集单元不能显示桥梁结构采集参数的原因分析：前端传感器不能正常工作、采集控制单元以及采集设备不能正常工作、各种传感器与线缆连接处、以及线缆与采集单元之间连接有问题。根据现场线缆防护情况基本完好，监测数据不能正常工作最有可能的情况是前端传感器和线缆同采集、传感器的连接问题。

现场安装的传感器已工作10年，考虑到传感器的寿命问题其在系统升级时应作为重点检查的对象。钢箱梁内安装的桥梁挠度测试的静力水准其管道内液体已经缺失，因此静力水准不能正常工作。测量索力、以及桥梁振动的加速度传感器的连接线缆同采集设备连接插头锈蚀严重，其不能正常工作分析原因可能时连接线缆接头或加速度传感感器存在故障。光纤解调仪工作界面显示正常其不能正常显示光纤应变计的读数，分析其故障可能时光纤传感器出现故障或是光纤与传感器在串接部位出现故障。

其它常用的参数不能正常显示分析可能与传感器或线缆与设备连接部位出现故障。

车辆动态称重系统采集数据能正常显示车辆数据，但其称重数据的准确性仍需进行标定。

二、系统升级改造的建议

根据我国桥梁监测系统目前的现状，有的监测系统供配电系统以及传输线缆的护管和线槽保护下可能问题较小，系统不能正常工作的主要原因是可能是传感器以及线缆与采集设备和传感器连接部位的问题，同时一些采集设备（如振动采集设备的信号采集仪、调理模块、信号放大器等设备随着技术的发展已经出现采集、信号调理和放大集成化的新的设备，且设备价格有大幅度的降低）已远落后于目前市场主流的产品。

一些桥梁监测参数在设计时由于技术限制可能难以满足实际桥梁监测的功能需求，如桥梁挠度的监测在原系统中采用静力水准的方法，该方法不仅安装调式复杂，系统运行维护成本较高，其在运营过程中容易因连通管的问题导致液体缺失，导致监测失效。而且静力水准测试桥梁挠度为静态测试，不能满足桥梁实时动态的测试，也就是说该方法不能准确测试桥梁在车辆荷载作用下的最大动挠度。目前随技术的发展已经出现了桥梁动挠度实时准确监测的新方法—毫米波雷达监测的方法。

综上所述，本桥健康监测系统升级改造应在充分利用现有系统的基础上，对现有系统各种设备故障进行诊断的基础上进行。其主要建议如下：

1、利用现有系统进行升级改造

系统的升级改造首先应坚持经济节约的理念充分利用现有系统。在现有系统的供配电系统及传输系统基本完好的基础上，利用故障诊断技术对采集设备、传感器进行排查，对损坏的传感器进行更换，对技术落后的采集设备进行技术升级以满足未来系统长期运营的需求。如测量桥梁振动和拉索索力的加速度传感器利用更换连接线缆同设备连接的插头检查采集设备能否正常工作，若不能正常工作可进一步利用便携式动态采集设备进行连接测试，来检查采集设备、连接接头以及传感器的工作状态。若加速度传感器通过各种诊断测试仍不能正常工作，则需要更换传感器；若加速度传感器能工作则需要进一步通过便携式采集系统和临时布设经标定的加速度传感器进行测试比对来验证传感器的测试精度，若精度不能满足要求加速度传感器仍需进行更换。

2、对技术落后的仪器设备进行技术升级

早期建设的监测系统建设运营已经近10年，随技术发展一些设备技术已经落后、采集精度不能满足未来系统运营的需求，对这些采集设备可进行技术升级。如目前桥梁监测系统中桥梁动态采集设备为采集、信号调理以及信号放大设备分离的动态采集系统，且每个动态信号调理模块仅连接两个通道。该采集设备采集的动态信号需要经信号放大器、调理模块后才能进入采集控制端，采集设备直接连接线缆多也增大了系统运营的故障率。该动态采集设备不能正常工作可能与此有关，此外该设备测试数据的精度也难以满足未来系统运营的需求。目前动态采集设备将信号放大、调理以及采集于一体，同样通道的设备体积可能不足原设备的1/4。

3、将桥梁的健康监测系统同日常定期检测进行结合

桥梁的健康监测和桥梁日常巡查、定期检测等是确保桥梁结构安全运营的不同技术手段，因此在桥梁管理工作中应将桥梁的健康监测同日常巡查、定期检测有机的结合。如桥梁拉索索力是本桥监测的一个重要参数，原系统中仅对部分索力进行了监测，还有部分拉索索力未安装监测的加速度传感器。因此在今后系统升级改造后可定期（如半年或一年）采用更高精度的索力测试设备（如毫米波雷达）对全桥索力进行检测，一方面可以掌握全桥索力的真实状态，另外可以对已安装监测的传感器进行校核。通过拉索索力定期检测同监测的有机结合既能准确对索力进行准确测试，同时也能确保监测系统的正常运行。

4、桥梁监测系统运营模式的改变

桥梁健康监测系统的运营模式目前传统的方式是系统服务商建成后移交桥梁管理养护单位来维护。目前国内已经建成的系统多采用这种模式，系统由于管理养护单位技术人员的经验或知识的不足，从而导致系统在运营几年（甚至更短的时间）系统就不能正常工作。桥梁健康监测系统的维护要求维护单位具有系统集成、仪器设备、软件、桥梁结构等方面的技术人才，目前现行的体制桥梁健康监测系统的管理单位由于经费、制度等方面的原因很难配备齐全的技术人员。因此桥梁健康监测系统运营的模式转变可能是解决系统维护问题的最佳选择。桥梁健康监测系统运营模式应采用系统的建设+采购服务的模式，即系统的运营由服务商运营的模式。系统由第三方服务商定期对系统进行维护，日常管理由桥梁系统的管理单位维护。桥梁系统的管理单位在系统建成后由服务商进行定期维护，对损坏的设备及元器件进行及时更换，并定期出具桥梁健康状况的评估报告。

5、采用新的技术对桥梁的重要监测参数进行监测

目前该桥的挠度监测采用静力水准进行监测，其采集参数为静态参数，难以满足桥梁在车辆荷载作用下动挠度的测试。而桥梁动挠度的测试是桥梁健康监测的重要参数。而本桥在系统初始建设时受技术限制，当时技术条件下动挠度的测试是桥梁监测的难题。目前随着技术的发展，一些新的高精度动挠度测试设备的出现，为动挠度的实时监测提供了有力的技术手段。本桥静力水准可以通过维修恢复其正常的使用功能，以监测桥梁挠度变形的长期趋势，同时增加毫米波雷达对关键位置（如桥梁跨中、1/4跨）动挠度进行实时监测。