為橋梁健康把脈

近年來，NI產品在橋梁結構監測領域有越來越多的應用。本文選取了我國東海大橋和希臘Rion-Antirion大橋的案例，以點代面地展現了NI 產品在橋梁結構監測中的應用。東海大橋是我國第一座外海跨海大橋，全長32.5 公里；希臘的Rion-Antirion 大橋全長2883 米，通過四座斜拉塔支撐起長度居世界第二的斜拉橋面。這兩座跨海橋梁都成功運用了NI 的PAC 平臺，以多機站方式實現了對橋梁結構的分布式實時監測。

隨著區域經濟與工程技術水平的發展，同時為了滿足日益增長的交通需求，世界上越來越多的地區開始興修大型橋梁。據統計，在中國，僅僅橫跨長江兩岸的特大橋就有60 余座，并且出現了多座已建成、在建或處于立項階段的跨海大橋，如東海大橋、杭州灣大橋、虎門大橋等。這些橋梁設施不但要抵抗海水江水的沖擊和腐蝕、地震臺風等自然災害，還要經受各種交通工具對橋梁結構造成的緩慢損害。

2007 年8 月到9 月的短短兩個月內，就在中國、美國、越南等地發生了四起重大大橋坍塌事故，造成了無法彌補的人員傷亡和經濟損失，引發了各國政府和社會對橋梁安全的高度重視。那么，為了避免事故再次發生，可以做些什么呢？或許我們能從我國東海大橋和希臘Rion-Antirion大橋的結構監測系統中獲得一些啟發。

為東海大橋量身定制“體檢方案”

建成于2005 年的東海大橋是我國第一座外海跨海大橋，全長32.5 公里，從上海南匯區蘆潮港跨越杭州灣北部海域到達浙江嵊泗群島的小洋山島。該橋擔負著連接上海市區與深水港樞紐的重任，因此需要對橋梁健康狀況進行實時監測。監測數據的正確性對于橋梁的評估和研究尤為重要。然而，要全面監測一座超過30 公里的特大橋梁，不僅需要在大橋上多個位置進行數據采集，還需要在每個位置上采集不同的參數，如變形、應力、溫度、沉降等，因此整個監測系統需要成百上千個采集通道，這是傳統的測試儀器無法實現的。而且由于橋梁結構特殊，構造范圍廣，監測點分散在各處，很多監測項目又具有實時性的特點，如地震、臺風、交通事故等，因此各部位監測數據需要非常準確的時間同步，一旦出現微小偏差，會嚴重影響橋梁健康的研究分析。

令人欣喜的是，NI PXI平臺和動態信號采集卡的組合非常輕松地解決了通道數方面的難題，在一個PXI機箱中就可以實現超過150個通道的采集，通過為每個工作站配備一個PXI 機箱，可以很好地滿足全橋14 個工作站的通道需求。為了實現同步，工程師們采用了NI 基于GPS 信號的同步解決方案。GPS除了可用于全球定位之外，還會不斷發出精確的時間信號。通過接收該信號，每個工作站的PXI 采集平臺就會將這個信號作為參考時鐘，整個系統的運行就好像擁有了一個“心臟”一樣，達到多機站之間同步的要求。在此硬件基礎上，工程師運用LabVIEW 及相關軟件開發包設計開發了整個同步監測系統，為東海大橋量身定制了一套實時的“體檢方案”，可以及時獲知橋梁的健康狀況，對各種突發事件做出響應，以便進行必要的養護工作，從而延長橋梁的使用壽命。

該系統目前已經全部開發完成并正式開始運行，對東海大橋的健康安全起著至關重要的作用，得到了業主及相關橋梁研究人員的肯定。

NI 為結構監測提供全方位軟硬件支持

無獨有偶，于2004 年落成的希臘Rion-Antirion 大橋也采用了NI PXI 機箱進行結構監測。該橋全長2883 米，跨越柯林斯海灣連接了伯羅奔尼撒半島和巴爾干大陸。大橋采用鋼索斜拉結構，具有四個斜拉塔，撐起了世界第二長斜拉橋面（僅次于法國的Millau 公路橋）。法國Advitam 公司在四個斜拉塔下分別放置了一個PXI/SCXI 混合機箱，獲取各種物理參數的測量數據。四個機箱通過光纖以太網連至大橋營運大樓內的PC 機。由于這套系統在Rion-Antirion 大橋上的成功應用，Millau公路橋也將建設一套類似的監測系統。事實上，除了PXI 平臺，NI PAC 家族的CompactRIO 和Compact FieldPoint 也很適合用于橋梁的結構監測，由于它們更加小巧堅固，成本也更低，近年來的應用越來越多。在軟件方面，基于LabVIEW 平臺，NI 提供了聲音與振動工具包等一系列開發工具，為土木與結構工程師的工作帶來便利。

除了橋梁健康監測以外，類似的系統也完全適用于其他一些大型結構項目的健康監測。NI 成熟的多機箱同步解決方案對于大型結構項目的分布式監測，有著得天獨厚的優勢。

就像為了身體健康，我們需要定期去體檢一樣，橋梁的健康監測對于預防事故的發生以及延長橋梁壽命有著舉足輕重的作用。NI PAC 平臺幫助建筑工程師們高效地搭建了東海大橋和Rion-Antirion 大橋的監測系統，為橋梁健康把脈，從而樹立了橋梁監測系統的新標準。