监测杂谈｜自动化检测、监测技术在工程中的应用

2020-7-27 16:45

原作者: 检师学社来自: 检师学社收藏分享邀请

【52监测网】工程监测技术是指在工程结构施工过程中或结构运营过程中，采用自动化的采集设备对预埋或后期安装在结构上的应变、应力、变形等结构参数进行测试，对结构的施工质量和安全或结构的运营状态进行评估，以保 ...

一、工程自动化检测、监测技术

1、工程检测技术及应用

工程质量检测是指对工程实体的一个或多个特性进行的诸如测量、检查、试验或度量，并将结果与规定要求进行比较，以确定每项特性的合格情况而进行的活动。

实施过程质量检测的目的主要包括两个方面:一是决定工程产品(或原材料)的质量特性是否符合规定的要求;二是判断工序是否正常。既有结构质量检测的目的是对既有结构的病害情况、运营环境等检测，评定结构的运营状况以及结构技术及安全等级。这些技术主要用于土木工程的建筑、铁路、公路、水利等工程领域的原材料、施工过程、质量验收以及后期运营等全生命周期的整个过程。

2、工程监测技术及应用

工程监测技术是指在工程结构施工过程中或结构运营过程中，采用自动化的采集设备对预埋或后期安装在结构上的应变、应力、变形等结构参数进行测试，对结构的施工质量和安全或结构的运营状态进行评估，以保障结构的质量和安全运营。

施工过程中的监测技术主要是保证大型或复杂结构物在施工质量以及安全。结构的在线健康监测主要是通过结构在运营过程中环境、结构重要参数的监测对结构的运营状态进行评估，以确保结构的运营安全。

大型桥梁结构健康监测系统就是将安装在桥梁结构上传感器的信号通过数据采集与传输系统实时的传输至监控中心，利用安装在控制中心桥梁评估软件对采集的各种信号进行分析、统计以及结构的评估。结构健康监测系统主要包括以下子系统（见图1）：

传感器系统

数据采集与传输系统

数据处理与控制系统

结构的健康评估系统

图 1 健康监测系统框架图

3、工程检测、监测技术在工程中应用

工程检测、监测在道路桥梁及隧道中应用见下图

4、工程检测、监测技术发展的趋势

随着国内外信息化、人工智能AI、互联网+大数据管理的技术发展，工程检测、监测技术逐渐向自动化、智能化、系统化、科学化发展。

（1）桥隧日常查

桥梁隧道的日常巡查通常由人工检查，人工录入检查病害记录，目前开发桥隧巡查系统，逐步实现桥隧日常巡查的自动化。

（2）桥隧定期检测

桥隧检测目前一些科研和检测结构正在借助智能机器人、无人机、三维

激光扫描、图像自动识别等技术实现病害检测、识别、评定的自动化。

（3）桥隧的监测与管理

桥隧的监测在BIM技术、智能仿真分析、结构损伤识别、桥隧管理系统发展的基础上实现评估和管理决策的智能化、自动化和科学化。

图5 长大桥隧监测系统框架

图6 基于BIM模型桥梁智能运维系统框架

二、道路工程自动化检测技术

1、平整度检测

车载式路面激光平整度仪：

采用激光传感器和垂直加速度传感器组合成惯性参照路面纵断面剖面检测系统，实时检测包括短波长及长波长的路面纵断面剖面曲线（直接式检测类），同时获得各种路面评价指标，包括：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、平整度可兼容（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）是由原交通部公路科学研究院公路养护管理研究中心研究开发、我国第一套具有完全自主知识产权和包含世界先进技术水平的多指标路况快速检测装备，是一个大型路面技术状况快速检测平台（图）。主要技术指标如下图所示：

图7 多功能路况检测车

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辆是北京今谷神箭测控技术研究所主研制的，用于路面结构强度检测的车载式自动弯沉测量系统。车载式自动弯沉测量系统配备笔记本电脑、GPS定位仪及温度测量功能和弯沉值与荷载值自动检测功能，在牵引车中只需通过USB线即可实现全自动测量。

测定弯沉是以标准质量的重锤落下一定高度发生的冲击荷载作用下，路基或路面表面所产生的瞬间变形，即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆，并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）是一套先进的，用于采集路面承载力信息的设备。通过多普勒测速原理，测量由于载重汽车高速行驶所致的路面变形速度，并通过路面变形速度反演出弯沉盆，所测结果进行路面结构层模量反算可用于评定道路承载能力。测量弯沉的传感器是多普勒激光器，能够即时地测量路面的弯沉，其主要优点是能够非接触，连续地测量路面弯沉。

图8 激光式高速路面弯沉测定仪

4、横向力系数测试仪

横向力系数测试仪（SFC-IV型）由交通部公路科学研究院北京市路兴公路新技术有限公司研制开发。其主要功能是检测路面的横向力摩擦系数，是验收及养护检测路面横向力最有效的手段。其检测数据由计算机采集，数据准确；每小时能够在正常车流速度下，一次性完成路面损坏状况、路面平整度和前方图像等多项技术指标的检测工作。测试轮与行车方向夹角20度，测试轮气压0.35Mpa。

图9 横向力系数测试仪

三、桥梁检测、监测技术

1、桥梁检测技术

桥梁检查的分类按照检查的范围、深度、方式和检查结果的用途等的不同，大致可归纳为下列三类：经常检查（巡视检查、日常检查）、定期检查、特殊检查。

桥梁现状评价：

（1）使用功能评价：

技术标准

桥梁各部完好程度

桥梁养护状况及意外事故的分析

（2）承载能力评价：

原结构验算

基于检测结果（特殊检查）的承载能力评定

荷载试验评定

2、桥梁监测技术

桥梁的监测技术包括桥梁施工监控和桥梁健康监测两部分。其主要内容见下图。

图10 桥梁监控和健康监测内容对比图

四、隧道检测、监测技术

1、隧道检测技术

隧道检查的分类按照检查的范围、深度、方式和检查结果的用途等的不同，大致可归纳为下列三类：经常检查（巡视检查、日常检查）、定期检查、特殊检查。

隧道检测内容：

（1）土建结构检测：

洞口、洞门、衬砌、路面、检修道、排水系统等项目的检测。

（2）机电系统的检查：

供配电设施、照明设施、通风设施、消防设施、监控与通信设施的检查。

隧道衬砌缺陷检查：探地雷达法

探地雷达技术检测隧道衬砌质量的原理是利用高频电磁波（主频为数百兆赫兹）以宽频带短脉冲的形式，在隧道衬砌面通过发射天线传播到隧道衬砌内，经过不同的层面（或目的体）反射后返回至衬砌面，被接收天线所接收，并将接收到的信号经过数字处理，形成直观的图像显示出来，这些数字信号和图像同时储存在雷达主机中，再将雷达主机中的数据传输到计算机中，利用计算机对接收到的信号进行分析、处理，从而判断隧道衬砌的质量。

2、隧道监控量测

隧道监控量测的主要内容包括必测项目、选测项目以及超前预报等内容，见下图。