浅论桥梁结构健康监测系统的建设模式

聊聊桥梁结构健康监测系统相关的一些思路和想法，但是鉴于对这个方向的经验积累源自于多年前的工程项目，近几年各种相关技术飞速发展，担忧写出来的东西老朽不堪，误人子耳目。前段时间，出去走动走动，拜访了许多业内专家，总体感觉对桥梁监测系统还有些误解或不解，索性老夫聊作少年狂，就多说两句吧，简单聊聊监测系统到底有用还是无用，顺道探讨系统建设的业务模式问题。

首先我们看看为什么有些专家说桥梁监测系统没有用呢？猜测一下，可能有以下几个方面原因吧。

问题1：桥梁各种荷载和反应是动态的，静态传感器虽然能够采集数据，这些数据如何用来解释结构行为？

这种情况还不少见，我见多个桥梁监测系统，使用了振弦式应变计测量动态应变，用连通管测量桥梁动挠度，仅仅给了解释说能测量趋势变化。应变计连桥梁使用中最大应变测量不到，那其实安装的意义真不大；动挠度监测也如此，仅仅解释一下“趋势”，其实没有必要用昂贵的传感器，计算分析分析也会大差不差。桥梁监测用的仪器设备选择其实还比较严苛的，一是要考虑测量的动态性，比如动挠度等动态量的监测需要选用采样速率高的传感器，二是考虑传感器的长期耐久性，三是要考虑传感器和其他设备的环境保护。记得我们做系统的时候，加速度计花高价钱买质量好的不说，保护的金属罩子使用金属锭挖出来而不是用板材拼接，内中用胶填塞，安装传感器的人感觉扔到海里都能继续工作。还有一些传感器要做更为仔细的考量，比如桥梁跨中风速仪安装，就不能简单的在桥梁边上架个支架那么简单，香港青马桥专家建议我们要平伸出去5-7米，才能测量到自然风而不是被加劲梁干扰的风。当然其中技术细节很多，大家各抒己见吧。

问题2：业主或专家可能会问，桥梁设计寿命（基准期还是寿命？）100年，桥梁健康监测系统顶多挺10年或稍微多几年，等桥梁老化了承载力降低了需要监测系统发挥功效了，监测系统他老人家早已趴窝了，如此系统有啥用？这个问题是任何监测系统建设单位都无法回避的现实问题。怎么去理解或应对？

问题3：系统建设完成后，业主无专业人士运维管理，没两年系统就坏掉了，花了那么多钱，不白白浪费了吗？

后两个问题的回到可以从健康监测系统业务模式来理解。系统建设可以从以下三种模式来分别分析：

模式1：建设-移交模式

系统建设单位把系统建设完成后，直接移交给业主，业主自己运维。这种模式下需要业主单位配备比较专业的人员。监测系统属于多专业交叉类业务，需要配备多种专业的人员，实践中业主往往没有配备或者配备少量的专门人员，其结果便是系统建成没几年就坏掉了，更别提对采集数据深入分析了。

模式2：建设-移交-运维模式

系统建设单位把系统建设完成后，移交给业主，获得系统建设工程款，属于一次性费用。此外，业主每年向建设单位给付一定额度的系统维运维费，建设单位给业主提供系统运维服务。这种模式下系统能够得到很好的维护，数据往往也能够进行深入的分析，系统功能得以较好发挥。更为重要的一点是，由于建设单位同时维护多个监测系统，运维人员的生产能力得以充分发挥，规模效应降低维护成本。同时建设单位可以通过多个系统分析，通过大量数据样本，能够更为深入的理解桥梁病害。

模式3：投资-建设-运维

系统由建设单位投资建设，不移交给业主，而是通过向业主提供监测服务，每年从业主赚取服务费。这种模式下，可以享有模式2所有的优点。也能够从根本上解决了监测系统寿命与桥梁寿命不匹配的问题。只要桥梁业主给付的服务费，通过对系统成本的核算能够盈利，系统投资建设单位不仅仅有动力将系统维护好，而且当系统设备到了寿命退出工作后，建设单位还可以继续安装新的系统。

监测系统往往需要一笔不小的经费投入，国内从工程实践来看，往往在桥梁建设阶段容易通过工程建设费中安排出系统安装费用，所以模式1常见，因为桥梁建成后需要移交给运维单位，建设单位很难有动力与系统建设单位签署长期运维服务合同。桥梁运维单位的预算一般是每年差不多，突然安排几百万甚至上千万安装监测系统往往预算不好安排，所以模式3可以尝试。

总体看来，监测系统有没有用处，不单单从技术方面理解，也应该看到不同的业务模式对于系统功能发挥有着不可忽视的影响。前段时间见到了青马桥建设时期路政署负责领导，据他讲，这些监测系统仍然在工作。国内能够见到的连续工作20年以上的系统可能有，但是我没见过呢。香港之所以如此，一方面系统设备确实选择的确实质量过硬，比如加速度计用的是霍尼韦尔的，17万港币一支，大家可以想象一下1997年前后这个价格。另一方面与配备大量的专业维护人员是不可分的。

站在业主角度，投入巨额经费建设桥梁监测系统到底投入产出是否划算，应该有相关的方法论做支撑吧，希望有学者能在这方面下些功夫，只有从决策方法论上有个突破才能从根本上终止系统建设的有用无用论，更为期待的是，能够分析系统到底建设到什么规模才算经理合理。

最后，讲一个国内祖师爷级别的桥梁监测系统的故事，年代久远未必准确啊。

我所能见到的国内最早的桥梁监测系统是虎门大桥。虎门大桥建成通车后车流量很大。虎门大桥主跨888米，当时国内最大跨径的桥梁吧，大风一来摆动幅度很大，是否中断交通是个令业主头疼的问题。怎么办呢？桥梁管理单位派司机开车从桥上跑来跑去，司机说跑不了了，管理单位便会进行交通管控或中断交通。桥梁管理单位负责人朱总，我曾经见过，是清华毕业生，另外一位校友带来国外的GPS设备，说可以用RTK模式的设备对桥梁位移进行监测，朱总请来了清华大学郭静珺教授，预算不多，一百多万吧，系统算是安装了，同时还安装了风速仪，于是业主用桥梁位移数据和风速数据相互印证，最终用现代化手段解决了交通管控的老大难问题。再到后来，又补装了几支应变计，算是有了点“健康监测”的味道了。