（新疆維吾爾自治區(qū)公路工程造價管理局，新疆烏魯木齊830000）

我國橋都重慶市現(xiàn)有橋梁總數(shù)已經(jīng)超過14000座，其中跨江橋梁超過100座，山區(qū)復(fù)雜環(huán)境橋梁的數(shù)量也在持續(xù)增加，橋梁的運維管養(yǎng)任務(wù)極其繁重。

目前，我國現(xiàn)存橋梁總體上呈現(xiàn)出數(shù)量多、投資大、橋型多、跨度大、運營環(huán)境復(fù)雜等特點。一方面橋梁數(shù)量龐大，另一方面橋梁智能化運維系統(tǒng)總體規(guī)劃不足、現(xiàn)有檢監(jiān)測技術(shù)及診斷水平存在局限性，橋梁的建設(shè)與運維沒有實現(xiàn)全生命周期的規(guī)劃，不同橋梁仍然采用不同的健康監(jiān)測和運維管理系統(tǒng)，并沒有真正實現(xiàn)橋梁的智能化運維，增加了橋梁管養(yǎng)難度。在新一代信息技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的興起并應(yīng)用，以及智慧交通的大背景下，橋梁集群智能化運維技術(shù)的研發(fā)顯得意義重大。

一、國內(nèi)外研究進(jìn)展

橋梁集群智能化運維由橋梁遠(yuǎn)程無損檢監(jiān)測、診斷、維修養(yǎng)護(hù)等領(lǐng)域構(gòu)成，在這些領(lǐng)域國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了一批杰出的“橋梁醫(yī)生”。在橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測研究方面，自20世紀(jì)90年代起，國內(nèi)外圍繞橋梁內(nèi)部鋼筋的銹蝕、拉吊索腐蝕、斷絲和橋梁破壞應(yīng)力的無損量化檢測等難題已經(jīng)取得了一些重大突破。

重慶交通大學(xué)副校長周建庭等人一是發(fā)現(xiàn)了混凝土橋梁內(nèi)部鋼筋銹蝕產(chǎn)生漏磁場，導(dǎo)致自發(fā)磁場發(fā)生變異的特性，揭示了橋梁內(nèi)部鋼筋銹蝕范圍和程度與自發(fā)磁場變異特性的相關(guān)性，并提出了辨識鋼筋銹蝕區(qū)段長度的方法，建立了確定鋼筋銹蝕深度的模型；二是揭示了拉吊索腐蝕斷絲位置和范圍與自發(fā)磁場變異特性的關(guān)聯(lián)度，提出了辨識拉吊索腐蝕與斷絲位置的有效方法；三是構(gòu)建了基于自發(fā)漏磁場軸向掃描曲線畸變和漏磁場偏離率的鋼筋應(yīng)力狀態(tài)檢測和診斷技術(shù)，研發(fā)了基于磁記憶效應(yīng)的鋼筋混凝土橋梁破壞應(yīng)力狀態(tài)無損檢測技術(shù)。

在橋梁智能監(jiān)測與狀態(tài)評估研究方面，周建庭等人進(jìn)一步優(yōu)化了靜態(tài)、離線的工程結(jié)構(gòu)可靠性評價方法，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^大數(shù)據(jù)進(jìn)行的動態(tài)、在線的大型橋梁安全遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的安全評價，構(gòu)建了基于結(jié)構(gòu)響應(yīng)包絡(luò)、劣化效應(yīng)和時變可靠性的橋梁安全評估理論和技術(shù)，研究并提出了預(yù)埋-表貼全壽命“接力”監(jiān)測模式，攻克了大型橋梁實用監(jiān)測和評價技術(shù)眾多難題。此外，該團(tuán)隊通過研究提出了機(jī)敏網(wǎng)仿生裂縫仿生監(jiān)測系統(tǒng)，解決了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫在線監(jiān)測等問題；研發(fā)了高聳結(jié)構(gòu)智能掃描與圖像處理一體化裂縫檢測機(jī)器人、基于脈沖渦流紅外熱成像的混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕度檢測技術(shù)，研制了適用不同環(huán)境的多種橋梁撓度監(jiān)測系統(tǒng)、懸索橋錨碇結(jié)構(gòu)蠕變監(jiān)測系統(tǒng)、索塔塔頂水平二維位移監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)參量的立體感知。

在橋梁先進(jìn)維護(hù)與性能提升技術(shù)領(lǐng)域，國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)了鋼筋混凝土套箍封閉主拱圈加固拱橋技術(shù)、截面轉(zhuǎn)換加固T型（π型）梁橋技術(shù)、基于位移影響線的體外預(yù)應(yīng)力加固連續(xù)剛構(gòu)橋技術(shù)、多點支承體系加固拱橋技術(shù)、“剛度—內(nèi)力調(diào)整法（俗稱‘二強(qiáng)扶弱’）”、橫張預(yù)應(yīng)力碳纖維加固技術(shù)、新型預(yù)應(yīng)力FRP片材加固技術(shù)等多種舊橋加固創(chuàng)新技術(shù)。此外，不斷完善機(jī)理研究，揭示了肋拱橋關(guān)鍵截面箱型轉(zhuǎn)換加固機(jī)理、提出了基于組合截面內(nèi)力分配的拱橋加固內(nèi)力計算方法等。在構(gòu)建評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，運用模糊層次分析方法優(yōu)選石拱橋加固方案，通過數(shù)學(xué)原理對多種橋梁加固方案進(jìn)行優(yōu)選與橋梁加固質(zhì)量檢驗綜合評定，提出了使用承載力提高率、恒載應(yīng)力變化率、荷載置換率、加固層利用率4個強(qiáng)度評價指標(biāo)對橋梁加固增強(qiáng)效果的評價體系，對橋梁加固系統(tǒng)化、規(guī)范化、理論化的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

二、需要關(guān)注的問題

國內(nèi)外雖然已經(jīng)在橋梁遠(yuǎn)程實時監(jiān)測，狀態(tài)評估與診斷，性能加固技術(shù)領(lǐng)域有不少突破性進(jìn)展，但由于我國目前橋梁智能化運維系統(tǒng)總體規(guī)劃不足，以及現(xiàn)有檢監(jiān)測技術(shù)及診斷水平也有限，因此下一階段在該領(lǐng)域需進(jìn)一步深入研究和解決的問題包括以下幾點。

（一）關(guān)鍵科學(xué)問題

1.橋梁隱蔽結(jié)構(gòu)損傷與自發(fā)漏磁特征的定量關(guān)系模型。

2.橋梁智能感知與狀態(tài)評估理論。

3.基于智能狀態(tài)感知的橋梁先進(jìn)維護(hù)決策理論和技術(shù)體系。

（二）關(guān)鍵技術(shù)問題

1.基于自發(fā)漏磁檢測技術(shù)的橋梁隱蔽結(jié)構(gòu)損傷智能檢監(jiān)測技術(shù)和裝備研發(fā)。

2.基于多源異構(gòu)傳感信息融合的橋梁服役狀態(tài)精準(zhǔn)診斷和自評估、自預(yù)測技術(shù)。

3.基于智能狀態(tài)感知的先進(jìn)維護(hù)決策和智能化運維體系構(gòu)建。

4.用于橋梁維護(hù)加固的高性能材料開發(fā)。

為了解決橋梁上述問題，需要以我國龐大的橋梁為依托，以大數(shù)據(jù)為引領(lǐng)，開展橋梁智能感知與維護(hù)基礎(chǔ)理論研究，揭示環(huán)境/荷載耦合作用下橋梁結(jié)構(gòu)長期性能演化機(jī)理，盡快建立橋梁結(jié)構(gòu)長期性能保障與提升技術(shù)，突破橋梁隱蔽結(jié)構(gòu)缺陷智能檢監(jiān)測理論和關(guān)鍵技術(shù)，攻克橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)全息感知和狀態(tài)解析難題，引領(lǐng)橋梁智能化運維技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

三、未來研究展望

（一）橋梁鋼結(jié)構(gòu)損傷檢監(jiān)測新技術(shù)與新裝置研發(fā)

結(jié)合深度學(xué)習(xí)、模式識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能方法，研發(fā)基于自發(fā)磁場變異特性的橋梁內(nèi)部鋼筋銹蝕、拉吊索腐蝕斷絲、橋梁破壞應(yīng)力的精準(zhǔn)識別和無損量化檢測技術(shù)，提高橋梁隱蔽病害無損量化檢測的精度和準(zhǔn)確率。

（二）橋梁智能感知與狀態(tài)評估理論與應(yīng)用

研究基于深度學(xué)習(xí)算法的橋梁狀態(tài)識別預(yù)處理理論，構(gòu)建橋梁監(jiān)測信息故障自診斷與識別、海量監(jiān)測信息預(yù)處理及監(jiān)測信息特征指標(biāo)選取體系。此外，構(gòu)建基于可靠度與動態(tài)評價指標(biāo)的橋梁評估與預(yù)測理論，形成結(jié)合智能監(jiān)測、信息處理與分析預(yù)測的橋梁服役狀態(tài)自診斷、自評價、自預(yù)測理論體系。

（三）橋梁先進(jìn)維護(hù)與性能提升技術(shù)與應(yīng)用

從基礎(chǔ)理論、新型材料、智能方法、改進(jìn)技術(shù)等多方面切入，解決多對象共享互感的運維狀態(tài)、解析方法和預(yù)測模式，橋梁養(yǎng)護(hù)最佳時機(jī)與最佳適應(yīng)性養(yǎng)護(hù)手段預(yù)測與決策，橋梁超限，服役環(huán)境，自然災(zāi)害等因素的耦合作用下橋梁性能提升，性能提升前后結(jié)構(gòu)耐久性評估等問題，形成基于智能狀態(tài)感知的橋梁先進(jìn)維護(hù)決策理論和技術(shù)體系。

（四）高性能材料應(yīng)用于橋梁維修加固的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)

從理論基礎(chǔ)、新材料制備、設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)等方面入手，研發(fā)高性能材料應(yīng)用于橋梁維修加固的關(guān)鍵技術(shù)。

四、結(jié)語

國外發(fā)達(dá)國家的工程建設(shè)經(jīng)驗表明，建設(shè)高峰之后養(yǎng)護(hù)管理壓力將會接踵而至，因此橋梁集群智能化運維技術(shù)的研發(fā)對交通基礎(chǔ)設(shè)施運行檢監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展、養(yǎng)護(hù)水平的提高，養(yǎng)護(hù)管理的專業(yè)化、信息化、高效性、設(shè)施耐久性和可靠性的改善具有重要的積極意義。此外，該技術(shù)的研發(fā)并應(yīng)用對于推廣交通基礎(chǔ)設(shè)施運行檢監(jiān)測技術(shù)起積極的推動作用，也為交通強(qiáng)國發(fā)展目標(biāo)的建設(shè)奠定了堅實的現(xiàn)實基礎(chǔ)。