虎門大橋“呼吸”事件最新結(jié)果公布，是不是豆腐渣工程？
2020/05/15
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??近年來，橋梁事故屢見不鮮，或虛驚一場(chǎng)，或人財(cái)兩失，嚴(yán)重程度大相徑庭。
??就在近日，相隔不到半個(gè)月的時(shí)間里，接連發(fā)生了兩起橋梁“呼吸”事件。
??4月26日，武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋橋體出現(xiàn)波浪般的晃動(dòng)。此后，該橋管養(yǎng)單位武漢市城投集團(tuán)公司回應(yīng)稱，此次橋梁異常振動(dòng)系特定風(fēng)況引起，振幅在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)；橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)行正常，安全有保障。
??5月6日下午，主跨888米的虎門大橋橋面出現(xiàn)了幅度明顯的“抖動(dòng)”，橋中間的隔離帶上的指示牌也隨之上下?lián)u晃，甚至直到第二天凌晨仍在振動(dòng)。
??而在各界或質(zhì)疑、或猜測(cè)、或調(diào)侃、或借勢(shì)推銷的聲浪中，網(wǎng)友們也探討起了“虎門大橋”是否是豆腐渣工程。就此我們采訪了業(yè)界專家：
??虎門大橋作為一座具有標(biāo)桿意義的大橋，此次“呼吸”事件的發(fā)生也給我們現(xiàn)實(shí)生活帶來了巨大的借鑒意義：
??▇預(yù)防已有橋梁事故發(fā)生的必要性，通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，提高發(fā)現(xiàn)類似情況的速度，從而能夠及時(shí)采取交通管制的措施；
??▇發(fā)生突發(fā)事件后的評(píng)估為應(yīng)急響應(yīng)提供輔助決策；
??▇給后續(xù)同類型橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，來源于真實(shí)的場(chǎng)景的數(shù)據(jù)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有更高的參考價(jià)值。
??在這些借鑒意義的背后，是數(shù)據(jù)，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，也是基于兩者而做出的事故提前預(yù)警。
??如果說虎門大橋事件離大部分人的生活不夠近，那不妨從更加接近我們生活的地方聊起。
??其實(shí)在我們的日常生活中，通過佩戴智能手環(huán)、智能手表等監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率、步數(shù)、環(huán)境噪聲等，再借助收集而來的數(shù)據(jù)分析人體的健康狀況，比如通過Apple Watch監(jiān)測(cè)并輸出專業(yè)水平的心電圖、糖尿病患者隨身佩戴血糖監(jiān)測(cè)儀器以有效預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生等，這些都已經(jīng)不是什么新鮮事了。
??那么，如果把橋梁比作人體，則橋上安裝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相當(dāng)于功能豐富的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們可實(shí)時(shí)收集各類環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)再對(duì)橋梁狀況進(jìn)行分析。同人體監(jiān)測(cè)設(shè)備存在的目的一樣，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的存在也是如此：
??一方面，通過長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化，這些數(shù)據(jù)具有長(zhǎng)期性、累積性及統(tǒng)計(jì)性的特征，有著獨(dú)特的、不可替代的價(jià)值。
??另一方面，對(duì)于一些已經(jīng)存在的或者潛在的問題，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也能夠跟蹤其變化發(fā)展趨勢(shì)，為結(jié)構(gòu)性能變化以及損傷推演提供支持。
??第二：實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)，能監(jiān)測(cè)到振動(dòng)、變形、位移和轉(zhuǎn)角；
??第三：實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部響應(yīng)監(jiān)測(cè)，包括應(yīng)力應(yīng)變、裂縫及索力。
??總體來說，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要發(fā)揮著監(jiān)測(cè)及預(yù)警的作用。
??●結(jié)構(gòu)專家如何進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)？
??人在健康的情況下尚且要長(zhǎng)期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，作為在交通事業(yè)承擔(dān)了舉足輕重的作用的橋梁也是如此。那些表面看似穩(wěn)固的橋梁，或許存在著嚴(yán)重的安全隱患。突發(fā)異常變化的橋梁也不能武斷地認(rèn)定是設(shè)計(jì)、施工存在問題，而是需要依賴土木結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)，并結(jié)合長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行推論。
??在這個(gè)系統(tǒng)中，每一個(gè)傳感器都有自己的一塊手表（時(shí)基），但由于晶振特性漂移，一段時(shí)間后手表的讀數(shù)相互出現(xiàn)了差異，因此需要定期對(duì)這些“手表”進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整（引入時(shí)間同步機(jī)制）。否則在模態(tài)識(shí)別過程中就會(huì)引起模態(tài)振型相位角的改變，進(jìn)而導(dǎo)致解算出的模態(tài)振型錯(cuò)誤，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將發(fā)生大量的誤報(bào)和漏報(bào)。目前，相關(guān)行業(yè)規(guī)范要求不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間同步誤差宜小于0.1ms，但目前相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備實(shí)際指標(biāo)達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)要求。
??●物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的意義在哪里？能提供什么價(jià)值？
??虎門大橋“呼吸”事件的發(fā)生，讓我們明白了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是在數(shù)據(jù)的采集和應(yīng)用上，再結(jié)合結(jié)構(gòu)專家對(duì)被測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)解析和利用，數(shù)據(jù)的價(jià)值才能發(fā)揮到極致。這便是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心作用。
??我國(guó)對(duì)智慧城市的投資不斷增加，“新基建”政策的出臺(tái)也為物聯(lián)網(wǎng)帶來了更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。就虎門大橋“呼吸”事件而言，新基建可利用先進(jìn)技術(shù)（無線傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能）解決基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)問題，這是無疑也是智慧城市的目標(biāo)。
??說到智慧城市，可以給大家舉一個(gè)更直觀的例子。
??10多年前的城市，除了郵遞員，還有一個(gè)職業(yè)是抄表員，每個(gè)月需要把每個(gè)小區(qū)的每個(gè)水表、熱表、氣表等都手抄一遍。且不說因人工抄表可能產(chǎn)生的誤差，光人工監(jiān)測(cè)成本就十分巨大。大概從2008年左右開始，很多城市逐漸引入智慧抄表系統(tǒng)，包括基于NB-IoT、LoRa、Wi-SUN等不同通訊模塊的無線遠(yuǎn)傳系統(tǒng)。
??就利爾達(dá)所提供的智慧水務(wù)一站式解決方案而言，LoRa遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的一級(jí)鏈路通信距離超2公里；32位高性能低功耗微處理器，超低功耗設(shè)計(jì)，工作壽命可達(dá)7年以上；可通過采集戶表的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，比如某戶水管爆裂，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到水排量異常，并提供警示等功能。
??也就是說，從前的抄表員變成了現(xiàn)代信息技術(shù)的集成應(yīng)用，通過數(shù)據(jù)采集、無線網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)水壓等在線檢測(cè)設(shè)備實(shí)施感知城市供排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化的方式搭建起水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施間的橋梁，形成“城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”，從而達(dá)到“智慧”的狀態(tài)。
??就在近日，相隔不到半個(gè)月的時(shí)間里，接連發(fā)生了兩起橋梁“呼吸”事件。
??4月26日，武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋橋體出現(xiàn)波浪般的晃動(dòng)。此后，該橋管養(yǎng)單位武漢市城投集團(tuán)公司回應(yīng)稱，此次橋梁異常振動(dòng)系特定風(fēng)況引起，振幅在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)；橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)行正常，安全有保障。
??5月6日下午，主跨888米的虎門大橋橋面出現(xiàn)了幅度明顯的“抖動(dòng)”，橋中間的隔離帶上的指示牌也隨之上下?lián)u晃，甚至直到第二天凌晨仍在振動(dòng)。
懸索橋振動(dòng)模型
??5月10日，最新發(fā)布的報(bào)告對(duì)此作出了回應(yīng)，它確實(shí)不是豆腐渣工程！
??●從虎門大橋“呼吸”事件說起，我們?cè)趺纯唇Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)？
??虎門大橋作為一座具有標(biāo)桿意義的大橋，此次“呼吸”事件的發(fā)生也給我們現(xiàn)實(shí)生活帶來了巨大的借鑒意義：
??▇預(yù)防已有橋梁事故發(fā)生的必要性，通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，提高發(fā)現(xiàn)類似情況的速度，從而能夠及時(shí)采取交通管制的措施；
??▇發(fā)生突發(fā)事件后的評(píng)估為應(yīng)急響應(yīng)提供輔助決策；
??▇給后續(xù)同類型橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，來源于真實(shí)的場(chǎng)景的數(shù)據(jù)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有更高的參考價(jià)值。
??在這些借鑒意義的背后，是數(shù)據(jù)，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，也是基于兩者而做出的事故提前預(yù)警。
??如果說虎門大橋事件離大部分人的生活不夠近，那不妨從更加接近我們生活的地方聊起。
??其實(shí)在我們的日常生活中，通過佩戴智能手環(huán)、智能手表等監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率、步數(shù)、環(huán)境噪聲等，再借助收集而來的數(shù)據(jù)分析人體的健康狀況，比如通過Apple Watch監(jiān)測(cè)并輸出專業(yè)水平的心電圖、糖尿病患者隨身佩戴血糖監(jiān)測(cè)儀器以有效預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生等，這些都已經(jīng)不是什么新鮮事了。
??那么，如果把橋梁比作人體，則橋上安裝的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相當(dāng)于功能豐富的智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，它們可實(shí)時(shí)收集各類環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)再對(duì)橋梁狀況進(jìn)行分析。同人體監(jiān)測(cè)設(shè)備存在的目的一樣，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的存在也是如此：
??一方面，通過長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)獲得結(jié)構(gòu)響應(yīng)的變化，這些數(shù)據(jù)具有長(zhǎng)期性、累積性及統(tǒng)計(jì)性的特征，有著獨(dú)特的、不可替代的價(jià)值。
??另一方面，對(duì)于一些已經(jīng)存在的或者潛在的問題，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也能夠跟蹤其變化發(fā)展趨勢(shì)，為結(jié)構(gòu)性能變化以及損傷推演提供支持。
??●說了這么多，何為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)？
??結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（structural health monitoring，SHM）利用現(xiàn)場(chǎng)的傳感設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)感知、監(jiān)測(cè)、識(shí)別、評(píng)定和預(yù)警結(jié)構(gòu)荷載與環(huán)境作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)、結(jié)構(gòu)性能、結(jié)構(gòu)狀態(tài)與安全水平。它高度集成了土木工程、信息科學(xué)、通信科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)，是保障結(jié)構(gòu)全壽命服役安全的有效方法和手段。
??再來說說，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)發(fā)展過程中三個(gè)重要的時(shí)間節(jié)點(diǎn)：
??那么對(duì)于大型橋梁來說，一個(gè)全面的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)到底能監(jiān)控哪些關(guān)鍵指標(biāo)？
??第一：實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)，如車輛載荷、船舶撞擊、風(fēng)速風(fēng)向、風(fēng)壓、地震、溫濕度、余量和視頻監(jiān)控等；??第二：實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體響應(yīng)，能監(jiān)測(cè)到振動(dòng)、變形、位移和轉(zhuǎn)角；
??第三：實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部響應(yīng)監(jiān)測(cè)，包括應(yīng)力應(yīng)變、裂縫及索力。
??總體來說，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要發(fā)揮著監(jiān)測(cè)及預(yù)警的作用。
??●結(jié)構(gòu)專家如何進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)？
??人在健康的情況下尚且要長(zhǎng)期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，作為在交通事業(yè)承擔(dān)了舉足輕重的作用的橋梁也是如此。那些表面看似穩(wěn)固的橋梁，或許存在著嚴(yán)重的安全隱患。突發(fā)異常變化的橋梁也不能武斷地認(rèn)定是設(shè)計(jì)、施工存在問題，而是需要依賴土木結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)，并結(jié)合長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行推論。
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟
??在這個(gè)系統(tǒng)中，每一個(gè)傳感器都有自己的一塊手表（時(shí)基），但由于晶振特性漂移，一段時(shí)間后手表的讀數(shù)相互出現(xiàn)了差異，因此需要定期對(duì)這些“手表”進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整（引入時(shí)間同步機(jī)制）。否則在模態(tài)識(shí)別過程中就會(huì)引起模態(tài)振型相位角的改變，進(jìn)而導(dǎo)致解算出的模態(tài)振型錯(cuò)誤，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將發(fā)生大量的誤報(bào)和漏報(bào)。目前，相關(guān)行業(yè)規(guī)范要求不同監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集時(shí)間同步誤差宜小于0.1ms，但目前相當(dāng)數(shù)量的設(shè)備實(shí)際指標(biāo)達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)要求。
??●物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的意義在哪里？能提供什么價(jià)值？
??虎門大橋“呼吸”事件的發(fā)生，讓我們明白了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是在數(shù)據(jù)的采集和應(yīng)用上，再結(jié)合結(jié)構(gòu)專家對(duì)被測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的專業(yè)知識(shí)，對(duì)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)解析和利用，數(shù)據(jù)的價(jià)值才能發(fā)揮到極致。這便是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心作用。
??我國(guó)對(duì)智慧城市的投資不斷增加，“新基建”政策的出臺(tái)也為物聯(lián)網(wǎng)帶來了更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。就虎門大橋“呼吸”事件而言，新基建可利用先進(jìn)技術(shù)（無線傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能）解決基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)問題，這是無疑也是智慧城市的目標(biāo)。
??說到智慧城市，可以給大家舉一個(gè)更直觀的例子。
??就利爾達(dá)所提供的智慧水務(wù)一站式解決方案而言，LoRa遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的一級(jí)鏈路通信距離超2公里；32位高性能低功耗微處理器，超低功耗設(shè)計(jì)，工作壽命可達(dá)7年以上；可通過采集戶表的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況，比如某戶水管爆裂，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到水排量異常，并提供警示等功能。
??在當(dāng)前新基建熱潮下，我們迎來了一個(gè)萬物互聯(lián)的世界。利爾達(dá)布局多年，最新引入的Wi-SUN也正加速布局中......未來可期。
