桥梁结构智慧监测系统设计理论思考

桥梁健康监测技术现状——成绩
结构健康监测的概念自上个世纪八十年代被提出以来，很快就成 为学术界和工程界瞩目的对象，与之相关各个研究方向都取得了 极大的进展，尤其是在传感技术、通讯技术、信息技术等领域， 一些成果也得到了工程界的积极响应，被应用到监测系统的实践 中，尤其是在桥梁结构的监测中。
到目前为止，已建成了很多规模不一、目的各异的监测系统。据 不完全统计，国际上仅特大型桥梁已有500余座安装了各类监测系 统，国内已有近200座桥梁安装有监测系统。应该说，从工程应用 热络程度来看，形势还是喜人的。
桥梁健康监测技术现状——不足
总体而言，目前桥梁健康监测技术的发展现状是：
尽管热潮持续不减，然而一直以来桥梁结构监测并没有很好地解决几个基本问 题，即‘为什么监测’、‘监测什么’、‘如何监测’等问题。
在经过将近三十多年的发展，对于结构监测的形式和手段，如传感技术、通讯 技术、计算机软硬件技术等，都不再是监测的瓶颈技术；
概念设计
规律及知识发现
技术方案设计 实施方案设计
监测指标
监wk.baidu.com
监测方案
测 模
指标识别方案
式 评估预警与诊断
集成监测系统方案
以监测模式为核心的概念设计流程
监测模式
监测 指标与健状（康态健状康识态功别之能与间方的趋程数势或学跟关踪系算模型法）
监测（目体标系）
监测指标
（体系）
模式
（数指学标指关与系标可模识测型量别）之算间法的
（内参容数监确选测定择方、、测案采点集布制置度、）
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基于监测模式概念的结构监测系统设计体系
结构监测系统
概念设计
优 化 设 计
监测 指标与健状（康态健状康识态功别之能与间方的趋程数势或学跟关踪系算模型法）
而监测对象的工程结构本质，包括服役期结构的行为规律，依然没有了解透彻 ，因此仍难以做到有的放矢的监测；
某种意义上讲，工程结构监测的瓶颈仍然停留在结构本身，而不是外在的形式 和实现的手段。
桥梁健康监测技术现状——原因分析
造成上述四个方面的主要原因在于，系统的设计者过分聚焦在监测 的形式和手段，而忽略了对其的工程结构本质的探究。
、寿命预测、失效预警等目标，而有没有具体的实施途径，导致 目标空洞化、不具体化、难于实现。 另一个极端，则将监测系统的目标设置与结构检测混同，认为监 测就是获取结构荷载下的效应，是病害检测，是荷载和作用的测 量，越俎代庖，不仅不经济，而且低效；
桥梁健康监测技术现状——不足
三是采用的监测技术与监测目的相脱节。
桥梁健康监测技术现状——改进方向建议
研究者、从业者和管理者应从具体桥梁工程结构的特点和实际监测需求出发 ，形成一套较为完善的桥梁结构监测系统概念设计理论和方法
将对传感、通讯、信息技术等形式和手段的关注从桥梁结构监测系统的概念 设计中剥离，使得设计者能够从更纯粹和专业的角度考虑和解决基础性监测 问题，最终提升系统的品质。
暂时忘掉具体的传感技术、通讯技术和IT技术在监测中如何实现的问题，而 是通过对桥梁结构的监测基本问题的一般化思考，建立以监测模式概念为核 心的桥梁结构监测系统设计方法体系
结构健康监测系统的理论大厦，需要建立在哪些基本概念基础上？
状态评估
损伤 健康诊断
趋势跟踪
(工程结构性能描述)状态
人工设计
不健康
病害诊断
监测指标
工程结构
工程结构 健康监测系统
设定的功能
健康 健康监测
监测目标
性能退化(演变)
工程结构的性能
损伤识别
安全预警
监测模式
桥梁健康监测系统概念设计流程
桥梁健康监测系统概念设计的应以解决系统建设的必要性、主要工作方向 和基本技术路线问题为主要目标。
设计阶段
概念设计流程
产出成果
监测目标体系
结构监测系统虽然在形式和手段上是利用传感技术、通讯技术、计算机软硬 件技术、网络技术等来实现的，但其本质还在于监测对象的结构本质、力学 本质。
对于桥梁监测系统的设计，应该在具体的技术设计之前，增加一个概念设计 的环节，该环节应从传感器、通讯、信息技术的具体技术规划中抽离，只从 结构的特点、力学行为规律的分析角度，集中地解决上述四点不足。
桥梁健康监测技术现状——不足
不能否认地是，从已建成桥梁结构监测系统来看，不足有二： 由于缺乏设计理论的指导，相当数量的已建系统没有得到事先周
全、良好的设计； 建成后，并不能实现承诺的监测目的，监测效果不佳，不能发挥
其应有的作用，基本上可归于盲目建设的工程之类。
其具体不足表现在如下方面：
桥梁健康监测技术现状——不足
桥梁结构智慧监测系统设计理论 思考与实践
二、基本理论思考与研究 三、装配式梁桥的智慧监测实践
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桥梁管养维护技术现状
桥梁建设大发展，从桥梁大国向桥梁强国迈进； 重建设轻管养，桥梁管养弱国； 重监测轻分析计算，只测不算；不从结构本身规律着眼，只冀希望于高科技
，打时髦高科技‘牌’； 中小跨径桥梁的管养现状更差：依赖于检测，被动管养！
以监测模式为主线，研究监测目标体系和指标体系的构建方法、监测方案设 计和测点布置方法、监测指标的抽取算法和基于指标的状态识别和趋势跟踪 算法；
桥梁健康监测技术现状——改进方向建议
加强桥梁健康监测系统概念设计，回答一直以来桥梁结构监测并没有很好地 解决几个基本问题，即‘为什么监测’、‘监测什么’、‘如何监测’等问题。
主要表现为： 选择的传感技术不是根据监测对象的需求来设计和选择的，精度、 分辨率、量程，数据采集制度等都是自说自话，导致不能很好地服 务于监测目的；
桥梁健康监测技术现状——不足
四是缺乏对监测数据分析利用能力
由于缺乏对监测对象的结构特点和行为规律的了解，监测数据的处 理分析多停留在数据的数学处理层面，没有与监测对象的物理、力 学系统的运行机制相结合，因此对数据的解释、利用水平很低，不 能最终实现承诺的目标，如对结构的状态识别、评估预警等目标。
一是缺少需求分析环节。
一些监测系统并没有根据监测对象的结构特点、行为规律、环境作 用、荷载规律、桥址所在地区工程或行业的管养习惯和管养制度出 发设计监测内容、监测方案，监测系统的针对性不强；
桥梁健康监测技术现状——不足
二是目标设定不妥当或缺失
这常常体现为两个极端： 一些监测系统将目标设定过高，追求理论上都有难度的损伤识别