我們把高層建筑、空間結(jié)構(gòu)、大型橋梁、大型交通樞紐、大壩、長道隧道都作為大型結(jié)構(gòu)，大型結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性與我們每個人密切相關(guān)。由于自然災(zāi)害或人為因素，或者是結(jié)構(gòu)本身的性能、突發(fā)事件屢有發(fā)生，一旦某一個結(jié)構(gòu)造成損毀會造成經(jīng)濟(jì)損失，會產(chǎn)生對生命財產(chǎn)的損失。所以說如何掌握大型結(jié)構(gòu)，它的健康狀態(tài)與我們每個人息息相關(guān)，成為各個領(lǐng)域關(guān)注的重點。

所以我今天就把大型結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)與互聯(lián)網(wǎng)+做一個匯報交流。分三個方面：一是結(jié)構(gòu)安全保障面臨的問題;二是結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)與互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系;三是“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的結(jié)構(gòu)健康。

因為交通運輸是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大動脈，在當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中起著至關(guān)重要的作用。我們當(dāng)前從國家提出的發(fā)展戰(zhàn)略就是以京津冀城市群為代表的五大城市群建設(shè)，包括國家“一帶一路”和中國高鐵走出去的發(fā)展戰(zhàn)略在這里面提的至關(guān)重要的問題就是交通基礎(chǔ)設(shè)施起著相當(dāng)大的作用。

目前，我國公路交通從建國初18.74萬公里已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的370萬公里;我國鐵路由建國初的2.2萬公里發(fā)展到現(xiàn)在的12萬公里;而高鐵去年已經(jīng)發(fā)展到1.6萬公里，今年年底將達(dá)到1.9萬公里;軌道交通在22個城市建成95條，達(dá)到3173公里，到2020年預(yù)計達(dá)到超過6000公里，而且隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展多制式軌道交通也在我國迅速發(fā)展。

但其中交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全保障面臨著問題，一個是建國后的第一個高峰期到現(xiàn)在已經(jīng)超過50多年，到上世紀(jì)90年代是第二個建設(shè)的高峰期，雖然年限不長，但是由于施工速度快，不合理的工期、不合理的質(zhì)量、不合理的合同，造成一些工程質(zhì)量的短缺，所以說事故頻繁發(fā)生。由于這兩個原因我們交通基礎(chǔ)設(shè)施將迎來安全期的爆發(fā)期。雖然大家都非常重視，但是如何從根本上解決這個問題現(xiàn)在是需要探索的。

這里面有兩大因素：一是自然災(zāi)害、二是人為因素。自然災(zāi)害是突發(fā)的，人為因素是與我們的思想觀念、素質(zhì)管理、政策法規(guī)相關(guān)。所以這兩個因素導(dǎo)致我們一些突發(fā)事件的發(fā)生。

那么我們?nèi)绾握瓶亟Y(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)呢?這個結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)現(xiàn)在是什么樣呢?我們?nèi)绾畏乐文?這樣我們就要實時了解結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。

從國家來說，高度重視結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的發(fā)展，從國家中長期發(fā)展規(guī)劃來說制定了多個措施保證安全狀態(tài)，最關(guān)鍵的是幾個方面，一個是在在結(jié)構(gòu)安全期的狀態(tài)如何保障;二是如何進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報，包括技術(shù)理論和裝備的研發(fā)。第二個問題是交通部，交通部也在對各種重大工程結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，這里面的第一個關(guān)鍵問題就是實時掌控結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)它的事故隱患，及時采取措施。包括自然災(zāi)害的立體檢測、預(yù)報預(yù)測，這塊是交通部近年來的重大課題。

從鐵道系統(tǒng)，因為我國鐵道系統(tǒng)發(fā)展迅猛，特別是高速鐵路的迅猛發(fā)展，如何保證整個全線運營安全也是當(dāng)今和未來發(fā)展的重點，這里面主要是對交通基礎(chǔ)設(shè)施的重大工程結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)的安全性和發(fā)展進(jìn)行實時掌控。第二是在運行過程中事故起件、突發(fā)災(zāi)害的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。比如地震突發(fā)時如何提前捕捉它的信息，提前導(dǎo)致列車緊急制動。比如日本提前15秒獲得地震信息提前緊急制動避免生命財產(chǎn)的損失，所以說這塊也是我們研發(fā)的重點。

工信部在中長期和十二五以來對信息的感知、信息傳輸、信息處理、信息安全方面開展行動，為今后大型工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測和其他發(fā)展創(chuàng)造了很好的基礎(chǔ)。目前信息化、工業(yè)化兩化的融合為大型交通基礎(chǔ)設(shè)施、為大型交通工程的安全性進(jìn)一步提供了保障。

對一個大型工程結(jié)構(gòu)來說，從它的設(shè)計、建造、運營到損傷、老化是全壽命的，全壽命過程中如何保障它的安全性，我們采取了在使用過程中的監(jiān)測，在運用過程中的連續(xù)監(jiān)測，實時掌握它的健康狀態(tài)。從測試分析到結(jié)構(gòu)的安全評估，對結(jié)構(gòu)的維護(hù)形成完整的全壽命過程的保障，就像醫(yī)生給人看病一樣，我們對結(jié)構(gòu)也建立了健康監(jiān)測系統(tǒng)。

我們一般分成三大部分，一是監(jiān)測系統(tǒng)，采用什么樣的傳感技術(shù)能夠完整、長期、準(zhǔn)確、連續(xù)地獲得信息;二是信息的處理與傳輸部分，這部分保證對信息實時、快速傳到監(jiān)控中心;三是對數(shù)據(jù)的分析處理，對它的損傷程度、損傷位置進(jìn)行識別，做出判斷;四是養(yǎng)護(hù)維修進(jìn)行修護(hù)，這就構(gòu)成我們結(jié)構(gòu)的安全系統(tǒng)，這個系統(tǒng)涉及到多學(xué)科，既包含對結(jié)構(gòu)專業(yè)人員，也涉及到計算機(jī)信息處理的人員，這塊健康結(jié)構(gòu)的監(jiān)測與互聯(lián)網(wǎng)就結(jié)合起來了。

這樣的話依據(jù)結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)的需求以及當(dāng)今科技手段，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)字化和信息化，推動主動式養(yǎng)護(hù)與管理進(jìn)步，有效提高和保障結(jié)構(gòu)運營的檢測、養(yǎng)護(hù)和管理水平，降低全壽命期運營安全風(fēng)險，延長安全使用壽命意義重大。一個工程結(jié)構(gòu)我們百年設(shè)計，如何在百年過程中保障安全，延長使用壽命就是我們當(dāng)前所需要做的重要工作。

從國外來說，高度重視大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，從上個世紀(jì)一路走在我們國家的前面，比如這是從美國、法國、日本、丹麥等國建的一些特大橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)，來實時預(yù)報結(jié)構(gòu)運行的安全狀態(tài)，實時預(yù)測自然災(zāi)害突發(fā)后對結(jié)構(gòu)的影響確保它的運營安全。

我們國家從上個世紀(jì)末也開始開展健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究，雖然時間短，但是發(fā)展快，隨著我國大批大型工程建設(shè)，大型交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)如何保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，如何保證運營安全成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的任務(wù)。

健康系統(tǒng)的主要有四個方面：一是為結(jié)構(gòu)長期科學(xué)有序的監(jiān)測、巡檢、養(yǎng)護(hù)、管理提供一個數(shù)據(jù)平臺，建立結(jié)構(gòu)長期的數(shù)字化和信息化檔案。過去是人為管理，對結(jié)構(gòu)不了解、不掌握;

二是盡早發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)自身或者行車過程中的危險狀態(tài)，在結(jié)構(gòu)危險萌芽階段時提前預(yù)警，確保安全，特別是鐵路，要實時提前發(fā)現(xiàn)事故隱患，提前排除確保安全;

三是有效掌控運行期間結(jié)構(gòu)的局部或整體長期使用狀態(tài)和發(fā)展趨勢，為養(yǎng)護(hù)決策提供數(shù)據(jù)與信息支持。

四是有效掌握交通基礎(chǔ)設(shè)施運營期在的運行狀態(tài)，為突發(fā)狀態(tài)時提供數(shù)據(jù)保障。

從宏觀上結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的主要目標(biāo)：為結(jié)構(gòu)安全、設(shè)計校核、養(yǎng)護(hù)維修和監(jiān)測技術(shù)發(fā)展提供服務(wù);從技術(shù)細(xì)節(jié)和實現(xiàn)要求來說，健康檢測系統(tǒng)是具備足夠的船干測試能力;二是具備數(shù)據(jù)采集和傳輸能力，這就與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān);三是需要對結(jié)構(gòu)的安全評估與健康診斷，首先是對結(jié)構(gòu)模型的修正與分析，對損傷的模型定位，損傷發(fā)生在什么地方，對結(jié)構(gòu)將來有什么影響，同時對結(jié)構(gòu)的安全性發(fā)出實時預(yù)警預(yù)報。這就是健康監(jiān)測的任務(wù)。

實時健康監(jiān)測是跨學(xué)科、多領(lǐng)域的綜合技術(shù)，將涉及到土木工程、動力學(xué)、材料學(xué)、傳感技術(shù)、測試技術(shù)、信號分析、計算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等等，所以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展以致于通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。

我校在健康監(jiān)測中的研究對大型工程結(jié)構(gòu)建立了相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)。比如這是結(jié)合我國蕪湖長江大橋、武漢長江大橋等建立了一套監(jiān)測分析系統(tǒng)，一個是小集中式分測系統(tǒng)二是遠(yuǎn)范圍的實時監(jiān)測，掌握它的運行狀態(tài)和每一個結(jié)構(gòu)的健康狀況?？梢赃m用于多個工程結(jié)構(gòu)，滿足不同規(guī)模、不同類型的健康監(jiān)測內(nèi)容，從而很好地解決了結(jié)構(gòu)監(jiān)測的問題。

比如這是蕪湖長江大橋系統(tǒng)，這是我國第一個大跨矮塔長江大橋，為了保證結(jié)構(gòu)安全建立了長期的實時監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)建立了15年，當(dāng)時是30個人員配備，現(xiàn)在減到15個人。武漢長江大橋是50年代建設(shè)的一座50多年的老橋，發(fā)行了11次大型船舶撞擊事故，每次都會進(jìn)行封橋進(jìn)行監(jiān)測，建立了監(jiān)測系統(tǒng)以后2011年有一個萬噸級撞擊到七好柱，在撞擊過程中實時掌握結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)，發(fā)生預(yù)警，對整個橋梁維護(hù)和運營起到了保障作用。

同時，對一些長大隧道的施工過程和運營安全也建立了實時監(jiān)測系統(tǒng)。對我國第一條大型的秦皇島到大秦的大秦線進(jìn)行了廣域監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行實時監(jiān)測。同時東北世界第一條哈大鐵路進(jìn)行監(jiān)控，對路基狀態(tài)進(jìn)行了實時監(jiān)測系統(tǒng)，為運行安全提供安全保障。對青藏鐵路是我國建立的第一條高寒高原鐵路，在海拔4000米以上，有550公里的凍土區(qū)，人工監(jiān)測是不可能的，我們在高寒高原上建立了第一條長期自動檢測系統(tǒng)，人民日報報道為青藏鐵路安裝了千里眼，為青藏鐵路的運營安全提供了技術(shù)保障。

通過上述的研究，我們現(xiàn)在分成兩代，一是大型的實時監(jiān)測，現(xiàn)在總結(jié)起來擴(kuò)展性差，施工復(fù)雜性和建設(shè)費用高，基于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，我們發(fā)展了復(fù)合網(wǎng)的模式，面向廣域范圍的結(jié)構(gòu)實時監(jiān)測，可以考慮可靠性的多通信制式支持，遠(yuǎn)程化，智能化信號與信息處理，這也是今后發(fā)展的重點方向。

所以未來的目標(biāo)是以結(jié)構(gòu)運營安全與維護(hù)為服務(wù)對象，以現(xiàn)代化監(jiān)測全息、泛在、智能為要求，以結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以提供專業(yè)化的海量數(shù)據(jù)計算服務(wù)為平臺，是對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的拓展，以促進(jìn)建設(shè)形態(tài)與養(yǎng)護(hù)模式的創(chuàng)新與改進(jìn)?，F(xiàn)在的養(yǎng)護(hù)與維修是定期式的，運行過程中每個結(jié)構(gòu)的質(zhì)量不一樣，管理不一樣有提前損壞的也有延遲損壞的，不能實時監(jiān)測，有了這個方案以后我們就可以實時掌控它的狀態(tài)，及時維護(hù)維修，我們叫按需維修，這就節(jié)省了投入。

健康監(jiān)測系統(tǒng)與平臺的新特征與能力是什么呢?主要有四個方面：一是隨著結(jié)構(gòu)建設(shè)規(guī)模的越來越大，結(jié)構(gòu)建筑物數(shù)量的越來越多，組成監(jiān)測系統(tǒng)傳感網(wǎng)絡(luò)的采集、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量接近海量，同時新型機(jī)動車輛的檢測對階段數(shù)據(jù)類型不斷豐富將出現(xiàn)大數(shù)據(jù)的特點，也就是說我們將會長期、完整地獲取各結(jié)構(gòu)的信息，對信息的處理成為今后面對的問題。

二是在健康監(jiān)測領(lǐng)域管理者最關(guān)注的是及時掌握結(jié)構(gòu)的異常狀態(tài)、安全狀態(tài)，必要的時候要對它進(jìn)行維護(hù)和管理，根本就是基于對于數(shù)據(jù)規(guī)律的挖掘，有助于充分利用數(shù)據(jù)價值，所以說大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)將為科學(xué)研究提供新一步的途徑。這是我們今后研究和發(fā)展的重點。

三是設(shè)計和研究者將關(guān)注與結(jié)構(gòu)運營時的荷載與響應(yīng)是否與設(shè)計相一致。過去研究是在實驗室建立的小模型，現(xiàn)在如果有了實時的對結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，我們每一個結(jié)構(gòu)物都是我們的實驗?zāi)Ｐ?，都是我們的實驗實體，都是我們的研究對象，這就可以及時提升結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，而且結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)的平衡更好，保證結(jié)構(gòu)壽命更長，找到平衡點。

四是在多結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)分析需求形成規(guī)模時，專業(yè)數(shù)據(jù)分析中心的云計算系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)分析與共享服務(wù)將會質(zhì)優(yōu)而價廉。隨著信息系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為這樣的監(jiān)測系統(tǒng)提供廉價的服務(wù)成為可能，基于數(shù)據(jù)的服務(wù)業(yè)更具針對性和準(zhǔn)確性，智能化和智慧化系統(tǒng)特性更為顯著，使未來的智慧城市成為可能。

這是整個監(jiān)測系統(tǒng)+互聯(lián)網(wǎng)的特征更加顯現(xiàn)。

目前我們正在構(gòu)建以京滬高速鐵路橋梁群為重點的監(jiān)測系統(tǒng)，二是以朔黃重載鐵路多區(qū)段鐵路監(jiān)測系統(tǒng)也正在建立，三是河北山區(qū)高速公路以榮烏等路段建立長期的監(jiān)測系統(tǒng)。

互聯(lián)網(wǎng)+的未來大有可能，以京津冀城市群智能交通體系為代表的構(gòu)建實時掌控路網(wǎng)的實時動態(tài);二是基于數(shù)字化、信息化市政管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，同時信息技術(shù)在大型交通工程中的選線、勘察、設(shè)計、維護(hù)、運營、管理全壽命的周期進(jìn)行管理;包括對防災(zāi)監(jiān)控構(gòu)建。也就是說互聯(lián)網(wǎng)+結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測對整個大型結(jié)構(gòu)未來的安全性、可靠性將起到很好的作用。