橋梁健康監測系統行業發展趨勢與存在問題分析 2023-2028年中國橋梁健康監測系統產量預測

• 郭夢 2023年11月1日 來源：互聯網 1125 72
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橋梁健康監測系統綜合了現代傳感技術、網絡通訊技術、信號分析與處理技術、數據管理方法、知識挖掘、預測技術及橋梁結構分析理論等多個領域的知識，極大地延拓了橋梁檢測領域，提高了預測評估的可靠性?；贕PRS網絡的橋隧結構無線監測系統是集現代化傳感技術、測試技術

在國外，20世紀80年代以來，在北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區，相繼發生了一些橋梁結構的突然性斷裂性事故，使人們意識到對橋梁結構的健康診斷的重要性和迫切性。80年代后期，國外明確提出了橋梁結構健康監測的新思路和概念，并先后開始在一些重要的大跨度橋梁上建立了結構健康監測系統。例如丹麥的GreatBeltEast橋(大帶東橋)。這是一座跨徑布置為535m+1624m+535m的水利。為評估該橋結構整體性、耐久性和可靠性，COWI公司為該橋設計了一個多達1000個傳感器的監測系統。該系統監測的內容包括主纜、吊桿和索夾的應力;橋面箱梁的加速度、應力、支撐處的位移;下部結構的腐蝕監測、橋梁的傾角、橋塔規范應變;基礎的土質監測;氣候監測等。

橋梁健康監測系統綜合了現代傳感技術、網絡通訊技術、信號分析與處理技術、數據管理方法、知識挖掘、預測技術及橋梁結構分析理論等多個領域的知識，極大地延拓了橋梁檢測領域，提高了預測評估的可靠性?；贕PRS網絡的橋隧結構無線監測系統是集現代化傳感技術、測試技術、計算機技術及現代網絡通信技術，是一個分布式、網絡化和全開放的監控系統。由于傳統橋梁養護管理模式的檢測方法和手段的局限性，很難適合大規模橋隧結構評定的發展要求。在20世紀80年代中后期，歐美一些國家首先明確提出了結構健康監測新理念，并先后在一些重要的橋梁安裝健康監測系統。

據中研普華產業院研究報告《2023-2028年中國橋梁健康監測系統行業發展趨勢與投資咨詢報告》分析

第三章 中國橋梁健康監測系統市場供需分析

第一節 國內外橋梁健康監測系統發展狀況

一、國外橋梁健康監測系統發展狀況

在國外，20世紀80年代以來，在北美、歐洲和亞洲的一些國家和地區，相繼發生了一些橋梁結構的突然性斷裂性事故，使人們意識到對橋梁結構的健康診斷的重要性和迫切性。80年代后期，國外明確提出了橋梁結構健康監測的新思路和概念，并先后開始在一些重要的大跨度橋梁上建立了結構健康監測系統。例如丹麥的GreatBeltEast橋(大帶東橋)。這是一座跨徑布置為535m+1624m+535m的水利。為評估該橋結構整體性、耐久性和可靠性，COWI公司為該橋設計了一個多達1000個傳感器的監測系統。該系統監測的內容包括主纜、吊桿和索夾的應力;橋面箱梁的加速度、應力、支撐處的位移;下部結構的腐蝕監測、橋梁的傾角、橋塔規范應變;基礎的土質監測;氣候監測等。

二、中國橋梁健康監測系統發展狀況

橋梁健康監測系統綜合了現代傳感技術、網絡通訊技術、信號分析與處理技術、數據管理方法、知識挖掘、預測技術及橋梁結構分析理論等多個領域的知識，極大地延拓了橋梁檢測領域，提高了預測評估的可靠性?；贕PRS網絡的橋隧結構無線監測系統是集現代化傳感技術、測試技術、計算機技術及現代網絡通信技術，是一個分布式、網絡化和全開放的監控系統。

由于傳統橋梁養護管理模式的檢測方法和手段的局限性，很難適合大規模橋隧結構評定的發展要求。在20世紀80年代中后期，歐美一些國家首先明確提出了結構健康監測新理念，并先后在一些重要的橋梁安裝健康監測系統。我國自20世紀90年代也在一些大型重要橋梁上建立了不同規模的長期健康監測系統，如香港的Lautau Fixed Crossing和青馬大橋，大陸的虎門大橋、徐浦大橋等。在橋梁上安裝使用實時健康監測系統是未來橋梁監測發展方向和趨勢。

三、橋梁健康監測系統發展存在問題

1)重自動監測，輕人工檢查

隨著傳感器智能化和采集設備自動化的發展，橋梁健康監測系統往往過分強調其自動監測功能，忽視了人工檢查的作用。據不完全統計，在我國橋梁健康監測系統建設初期(1999.2005)，只有20%左右的監測系統將人工檢查納入健康監測系統，而在近十年(2006.2015)己建成的監測系統中，這一比例上升到50%左右，但其中只有不到1/3的監測系統制定了詳細人工檢查策略和項目，如表1所示。從現實情況來看，單純依靠自動監測是不夠的，一是由于投資限制，自動監測測點有限，不能覆蓋所有橋梁構件，甚至難以覆蓋與結構安全性和耐久性相關的所有重要部位;二是由于監測技術限制，監測項目不全，如混凝土裂縫、鋼構件銹蝕、支座老化等耐久性監測項目往往難以通過儀器自動監測。因此，無論從經濟或技術角度來說，單純依靠自動監測手段難以實現全面的橋梁健康監測，得到的有限監測信息不足以支撐后續的預警與評估，從而制約了監測系統作用的發揮。

2)重硬件系統，輕分析系統

國內的橋梁健康監測系統普遍重視硬件系統的建設，許多大跨度橋梁健康監測系統配備了數量眾多、性能良好的傳感器、采集儀、通信設備和工作站等，這些設備無疑使監測系統的硬件性能更加突出。然而，在需求尚不明確的情況下，一些監測系統的硬件建設存在盲目性和隨意性，相當一部分硬件設備并未真正發揮作用，造成浪費。另外，面對橋梁惡劣的工作環境，愈發龐大的硬件設備規模也增加了系統集成和維護管理的難度，降低了監測系統的穩定性和耐久性。與硬件系統相比，我國橋梁健康監測系統在分析系統(包括算法和軟件兩個層面)的開發上顯得相對薄弱，沒有體現出與硬件系統相匹配的分析能力。對于算法層面，受制于理論的不完善和實際結構的復雜性，目前系統在海量數據處理與有效信息提取、實時預警、損傷識別、健康狀態綜合評估、決策與支持等方面的功能都存在缺失或不完善的情況。例如，據不完全統計，我國橋梁健康監測系統在分析中強調損傷識別的比例超過70%，而強調承載能力和疲勞壽命評估的比例僅25%左右?，F實情況是，由于測點有限、環境噪聲和結構復雜性等原因，目前在結構復雜的大跨度橋梁中較難實現全面的損傷識別，單純依靠損傷識別結果也不足以評估其健康狀態，且無法與關鍵設計指標掛鉤。因此，分析系統的薄弱導致橋梁健康監測系統無法真正把握橋梁的健康狀況，有限的分析結果也不夠“接地氣”，難以為橋梁維護、維修與管理決策提供足夠的依據和指導。其次，對于軟件層面，在交互界面的設計上往往不夠重視，導致監測信息顯示不直觀、圖形界面不友好，軟件可擴展性差，難以讓工程人員接受。

3)重單體式監測，輕集群式監測

目前己建的橋梁健康監測系統基本屬于單體式監測系統，即監測系統僅針對某一特定大橋進行設計，兩者具有一一對應的關系，其硬件系統不具備監測多座橋梁的能力，而集群式監測的工程實例相對較少。單體式監測是橋梁健康監測的基本形式，存在以下兩點不足：一是單體式監測需建立一一對應的“監測中心”，重復投資的結果是造成資源浪費;二是單體式監測覆蓋面有限且系統之間相互獨立，缺乏整合和溝通，容易形成“信息孤島”，無法為同一區域內橋梁整體安全及綜合評估提供有效的技術支持。

四、橋梁健康監測系統發展對策建議

自動監測與人工檢查相結合

在橋梁健康監測(Structural Health Monitoring，SHM)概念出現以前，橋梁的安全運營和日常維護主要依靠定期人工檢查的方式并通過橋梁管理系統(Bridge Management System，BMS)進行管理，這種方式存在被動、間斷、效率低等缺點。隨著SHM的發展，其自動監測所具備的特點可以很好彌補傳統BMS的缺陷，并與人工檢查一起成為實現科學管養的重要手段。SHM應包含BMS的概念，并最終向橋梁全壽命管理(Life.cycle Management，LCM)的方向發展，三者之間的關系。在這個觀點下，橋梁健康監測系統應考慮在線自動監測與定期人工檢查相結合的原則，將定期人工檢查模塊納入其中，采用所示的系統架構。該架構以結構預警與評估系統為核心形成兩條數據流，即由傳感器系統、數據采集與傳輸系統、數據處理與控制系統組成的在線自動監測數據流以及由結構構件評級系統和人工檢查模塊組成的定期人工檢查數據流，這兩條數據流分別將自動監測信息和人工檢查結果輸入到結構預警與評估系統中，供進一步分析與評估。定期人工檢查作為實時自動監測的有效補充，將有助于更全面地了解橋梁健康狀況，并可減少系統后期維護成本和數據處理壓力。同時，評估結果也可反饋調節兩條數據流中的數據流動，使其各自形成完整的數據流動循環。

硬件系統與分析系統相結合

橋梁健康監測系統的核心功能是對橋梁狀態進行預警與評估，這就要求監測系統既要有合理的硬件系統，又要具備足夠的分析能力，輕視分析系統而片面追求監測項目和硬件設備的做法將越來越不被橋梁管理者所接受。因此，在硬件系統方面，應堅持目標與功能主導的原則，根據監測級別(全效型、實用型、經濟型)合理確定監測項目的規模以及所采用的傳感器、采集儀和通信設備等，在確保達到預期功能要求的同時盡量節約投資。同時，在分析系統方面，需重視算法和軟件的開發，投入足夠的人力物力，重點對數據處理、實時預警、損傷識別、健康評估等算法進行研究，編制交互界面友好的軟件并輸出直觀的、易于橋梁管理人員使用的評估結果。只有硬件系統與分析系統相互匹配，才能最終體現橋梁健康監測的價值。

損傷識別與承載能力/疲勞壽命等關鍵指標評估相結合

結構損傷識別是健康監測的重要內容，傳統的橋梁健康監測系統往往強調通過有限的監測信息來判別、定位和定量結構損傷，進而評估橋梁的整體健康狀況。然而，由于測點有限以及環境噪聲和結構復雜性等因素的影響，目前在橋梁結構中仍較難實現全面的損傷識別。此外，損傷識別結果也未能與關鍵設計指標掛鉤，僅對橋梁進行損傷識別不足以評估其健康狀態。若過分依賴損傷識別而忽略其他評估指標，橋梁健康監測系統將很難被工程界接受。因此，從實用性角度出發，橋梁健康監測系統應著眼工程實際并貼近現行規范，在評估階段可側重考慮構件級別的承載能力和剩余疲勞壽命這兩個最能反映結構安全性的基本設計指標。在監測數據超過閾值時，橋梁健康監測系統預警并進入評估階段，此時一方面應重新確定橋梁構件目標可靠指標，通過構件損傷識別結果或結構退化模型更新結構模型，并根據荷載監測數據更新荷載模型，在此基礎上依據概率極限狀態設計原理更新活載和抗力分項系數，最終全面評估橋梁構件的承載能力;另一方面，更新疲勞車輛荷載譜，利用模擬法全面評估橋梁鋼構件的剩余疲勞壽命。

單體式監測與集群式監測相結合

單體式橋梁健康監測系統由于重復投資和“信息孤島”效應，難以實現對區域內的橋梁進行統一監測，發展面向區域的集群式橋梁健康監測平臺將是解決目前城市橋梁管養工作問題的一個重要技術手段。該平臺前端由布設在多座橋梁現場的傳感器系統以及對應的嵌入式數據采集系統組成，中端通過3G/4G通信網絡實現監測數據的傳輸與共享，后端由并行計算機集群、監測數據存儲分析平臺以及三維展示平臺組成，實現集群式監測數據存儲、處理、分析和顯示等。集群式橋梁健康監測平臺采用無線傳輸技術建立區域級監測數據處理中心，避免重復建設多個單體式監測中心，可以有效節約投資，實現資源整合、信息共享等目標。

第二節 中國橋梁健康監測系統市場供給狀況

一、中國橋梁健康監測系統產量分析

隨著改革開放以來經濟的快速發展，國內的交通網絡在不斷的豐富、完善，橋梁建設迎來了建設的黃金時代。橋梁不僅在公路交通運輸中發揮著至關重要的作用，而且在高鐵架設過程中具有不可替代的地位。伴隨著橋梁的建造技術的迅猛發展，近幾年來國內涌現出了許多大型，特大型的橋梁，如湖南矮寨大橋，杭州灣跨海大橋等，這些非凡的成就既展現了中國橋梁技術的騰飛，也大大提升了中國橋梁工程建設的國際地位。因為國內橋梁現代化建設起步時間較晚，因而大部分橋梁結構強度仍處在合理的范圍內，尚未出現結構疲勞，然而隨著時間的遷移，橋梁結構的健康問題將會凸顯出來。如何做到結構隱患早發現，早排除，這不僅關系到人民群眾的生命財產安全，而且還能為業主挽回巨大的財產損失。由于下游需求的快速上升，橋梁健康監測系統產量迅速增長。

2020-2022年，我國橋梁健康監測系統產量由2289套上升到2587套。我國橋梁健康監測系統行業市場規模為33.9億元。

圖表：2020-2022年中國橋梁健康監測系統產量

數據來源：中研普華研究院

二、2023-2028年中國橋梁健康監測系統產量預測

預計2023-2028年我國橋梁健康監測產量將保持較快增速，到2028年橋梁監測系統產量達3910套。

圖表：2023-2028年中國橋梁健康監測系統產量預測(套)

數據來源：中研普華研究院

橋梁健康監測系統行業研究報告旨在從國家經濟和產業發展的戰略入手，分析橋梁健康監測系統未來的政策走向和監管體制的發展趨勢，挖掘橋梁健康監測系統行業的市場潛力，基于重點細分市場領域的深度研究，提供對產業規模、產業結構、區域結構、市場競爭、產業盈利水平等多個角度市場變化的生動描繪，清晰發展方向。

欲了解更多關于橋梁健康監測系統行業的市場數據及未來行業投資前景，可以點擊查看中研普華產業院研究報告《2023-2028年中國橋梁健康監測系統行業發展趨勢與投資咨詢報告》。

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  2023-2028年中國橋梁健康監測系統行業發展趨勢與投資咨詢報告

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