突然“呼吸”的虎門大橋，將打開另一個千億級物聯(lián)網(wǎng)市場

就在舉國歡慶勞動節(jié)之時，虎門大橋“虎軀一震”給全國人民來了個“深呼吸”。

作為廣深珠高速公路網(wǎng)的主要組成部分，虎門大橋是廣東沿海地區(qū)重要的交通樞紐，始建于1992年，1997年通車至今，大橋一直都十分平穩(wěn)。

但是在5月5日下午，虎門大橋發(fā)生異常抖動，甚至在今日凌晨都有振動。出現(xiàn)該情況后，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜冶几艾F(xiàn)場進行勘察，給出了目前最可信度最高的說法，初步認定此次虎門大橋的振動主要是因為沿橋跨邊護欄連續(xù)設(shè)置水馬（擋墻），破壞了大橋的斷面流線型，在特定風(fēng)環(huán)境條件下，產(chǎn)生了橋梁渦振現(xiàn)象。

幸運的是，專家組表示虎門大橋?qū)儆趹宜鳂?，結(jié)構(gòu)安全可靠，不會影響虎門大橋后續(xù)使用的結(jié)構(gòu)安全和耐久性。

但是，并不是所有的橋梁公路等基建在對抗外力的情況下都那么幸運。關(guān)于大橋因外力坍塌最著名的例子是1940年塔科馬海峽大橋，同樣是懸索橋，但是在通車4個月后，突然被微風(fēng)摧毀?；氐絿鴥?nèi)，去年10月臺灣省宜蘭縣21年橋齡的南方澳跨港大橋和無錫高架橋皆因外力發(fā)生結(jié)構(gòu)型橋梁垮塌。

由于近幾年我國重型汽車數(shù)量等帶來的交通壓力越來越大，同時惡劣天氣帶來的腐蝕性也越來越高，對于有一定使用年代的橋梁和基建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不小的負面影響。所以，橋梁的健康檢測、結(jié)構(gòu)安全評估以及損耗監(jiān)測等顯得尤為重要。

實際上，虎門大橋作為重要的交通樞紐，其實是有一套監(jiān)測系統(tǒng)的。根據(jù)論文顯示，虎門大橋在設(shè)計之初就加入了GPS位移、應(yīng)變實時、長期形變、超限超載等監(jiān)測系統(tǒng)，通過這些系統(tǒng)的作用，實時獲取橋梁在各種情況下的受力、工作狀態(tài)，以及抗風(fēng)和抗震等結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)對橋梁的安全監(jiān)測。

從虎門大橋監(jiān)測系統(tǒng)的表現(xiàn)來看，融入物聯(lián)網(wǎng)的基建監(jiān)測系統(tǒng)未來的市場將會加速擴大。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)目前鐵路營運里程12.9萬公里，橋梁20萬座；公路總里程14.26萬公里，82.55萬座橋梁；還有一些2萬余座水電站、200多個機場等大型公共基礎(chǔ)設(shè)施。在這些大型基建里面，并不是所有的設(shè)施都有完整的安全監(jiān)測系統(tǒng)，同時，在新基建的加持下，相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)的需求和市場只會大幅增加。

物聯(lián)網(wǎng)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

事實上，早已經(jīng)有類似的解決方案在上海、武漢等地施行，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用案例也屢見不鮮。

具體來說，打造一個完整的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)閉環(huán)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)中臺以及應(yīng)用端。數(shù)據(jù)采集包括智能傳感器、傳感網(wǎng)和巡檢終端等；數(shù)據(jù)傳輸包括LoRa、NB-IoT等；數(shù)據(jù)中臺包括數(shù)據(jù)管理、分析以及可視化平臺；應(yīng)用層則對應(yīng)了各類基建設(shè)施，對于安全性需求較高的領(lǐng)域，例如軌道交通、能源行業(yè)等等。

橋梁是連接現(xiàn)代交通的“咽喉”，然而其一旦建成投入使用后，就會進入不斷退化、老化的階段。

近些年，一些列的橋梁損害甚至坍塌事故，都在提醒我們必須高度重視橋梁的健康檢測與安全評估，及危橋的損傷檢測和監(jiān)控，爭取消除隱患。所以對橋梁健康狀況進行監(jiān)測和評價，掌握其健康狀況是有非常重要的意義。橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測也就成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護和保障正常使用的主要技術(shù)手段。

顯然，監(jiān)測的過程僅靠人力是不可能的——費時費力費成本不說，還無法做到監(jiān)測的實時性，像上文中提及的“南方澳大橋21年未做獨立檢測”的現(xiàn)象絕非個例。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在遠程橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，成為一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

在小編看來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測主要體現(xiàn)在兩個方面：

01

應(yīng)對貨車超載

在高架橋兩端加裝路面壓力傳感器，通過物聯(lián)網(wǎng)進行車輛載重和類型識別，和攝像頭聯(lián)接獲取違規(guī)車輛的車牌信息，在進行分級實時告警的同時，還可以統(tǒng)計路面總體載荷。

案例：

目前，交通設(shè)施智能管理平臺已在上海投入試運營。今后超載貨運車一旦違規(guī)駛上高架橋梁，橋上埋設(shè)的線圈會自動感知微小受力變化，同步向智能管理平臺報警。據(jù)相關(guān)工程技術(shù)專家介紹，以前高架橋梁對重車的監(jiān)控大都是人工觀察，今后可以通過在道路內(nèi)植入帶有信號發(fā)射功能的傳感器，實時監(jiān)測每一座設(shè)施的荷載和運作狀況。

一旦有超過該橋梁負荷的卡車出現(xiàn)，傳感器能及時感應(yīng)并向監(jiān)控平臺自動報警，工作人員上報信息，由執(zhí)法者對違規(guī)卡車進行及時處理。目前，這項技術(shù)已經(jīng)在松江辰塔大橋試運作。

02

對橋梁健康狀況進行日常監(jiān)測

在大橋中植入若干個不同種類的傳感設(shè)備，另設(shè)立匯集節(jié)點/網(wǎng)關(guān)和實時監(jiān)測平臺，利用低功耗廣域網(wǎng)等技術(shù)無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)并發(fā)送數(shù)據(jù)至匯集節(jié)點，再將數(shù)據(jù)傳入平臺層進行儲存、處理與分析，并根據(jù)分析結(jié)果及時采取應(yīng)對措施，比如當(dāng)橋梁極限承載力損失嚴重時，考慮將其拆除。

案例：

在武漢市，中鐵大橋科學(xué)研究院的技術(shù)人員為42座橋梁安裝15種、共1929個傳感器，硬件設(shè)備更是達到了25類、共3053套。技術(shù)人員將通過這些傳感器和硬件設(shè)備對橋梁的結(jié)構(gòu)安全（即應(yīng)變、裂縫、位移、撓度、傾角、溫濕度）、車輛荷載（即車型、車速、車重、軸重、車長）、獨柱墩匝道傾覆及滑移（即應(yīng)變、位移、傾角）、沉降及橋面線形（即撓度、GPS）等關(guān)鍵參數(shù)進行監(jiān)測。

橋梁的結(jié)構(gòu)狀況、基礎(chǔ)沉降、車輛監(jiān)測抓拍等各種監(jiān)測數(shù)據(jù)將實時地通過互聯(lián)網(wǎng)存儲至云計算數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，從而實現(xiàn)“一橋一檔”電子化戶籍式管理。若無其事，原來是最狠的報復(fù)。

其次，技術(shù)人員還會到現(xiàn)場對橋梁外觀進行檢查，并將檢查結(jié)果通過手機APP上傳。各級管理人員或技術(shù)人員可以通過任何一臺電腦的瀏覽器或手機APP進行登錄訪問，實時掌握這42座橋梁的健康狀況，有助于技術(shù)人員及時處理突發(fā)事件、及時修復(fù)病害橋梁、確保橋梁運營安全。

另外，“智慧橋梁”系統(tǒng)還能自動生成維修建議，并通過查閱系統(tǒng)中的監(jiān)控視頻、檢測數(shù)據(jù)，為事后追溯、索賠提供依據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)在結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用

當(dāng)然，不只是橋梁，隨著中國大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)浪潮的漸漸消退，隧道、樓宇、軌道等各種結(jié)構(gòu)物都開始進入長期的運營使用階段。但是，在各種自然界的不確定外力加載下，以及經(jīng)濟發(fā)展的需求，致使各種結(jié)構(gòu)物超載疲勞運營現(xiàn)象普遍出現(xiàn)。

然而，前期的設(shè)計、施工并不能確定結(jié)構(gòu)物是否正常運營，必將需要一種更實時、快捷的方式對運營狀態(tài)進行全面的精細化監(jiān)測，尤其是對已經(jīng)服役多年的老舊結(jié)構(gòu)物。

結(jié)構(gòu)監(jiān)測前景大有可為

中國結(jié)構(gòu)監(jiān)測的市場剛剛起步，結(jié)合著物聯(lián)網(wǎng)，智慧城市的發(fā)展，未來五年內(nèi)會滋生出數(shù)十億的市場份額，同時隨著現(xiàn)有建筑物的逐步老化，市場還會越來越大。鑒于傳感器的生命周期一般為8年左右，所以也是一個無限循環(huán)的市場。如果新建筑物在施工階段就采用物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案，那么整個市場無疑會擴大很多。

例如，一座普通200米左右橋梁監(jiān)測費用10萬左右，每公里隧道監(jiān)測費用5萬左右，每公里地鐵監(jiān)測費用5萬左右，一座體育場館監(jiān)測費用100萬左右，高層建筑監(jiān)測費用30萬左右。

據(jù)統(tǒng)計，截止2015年，國內(nèi)現(xiàn)有大小橋梁70多萬座，隧道8000多座（總長度4000多公里），地鐵總長度超過3000公里，大型體育場館上千座，老舊建筑，高層建筑數(shù)量龐大，未來都有實時在線監(jiān)測預(yù)警的需求。

同時日益增多的地質(zhì)災(zāi)害也是一個龐大的監(jiān)測市場。猶記得2018年5月9日，成都高新區(qū)聯(lián)合成都高新減災(zāi)研究所，在成都高新區(qū)60個社區(qū)啟用地震預(yù)警“大喇叭”，通過社區(qū)廣播、手機、電視等多途徑，在地震波到達前提前預(yù)警，為民眾避險爭取寶貴時間。

在虎門大橋“深呼吸”的同時，我們看到了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在舊基建中承擔(dān)的安全責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。同時，我們也應(yīng)當(dāng)看到在新舊基建需求同時增加后，物聯(lián)網(wǎng)市場的進一步擴張。