从上世纪八十年代起，我国许多特大型桥梁陆续安装了健康监测系统，对维护桥梁安全起到了一定作用，但由于技术、系统等多方面原因，始终未发挥出最大的作用。经调查研究和近年来工程实际验证，对于桥梁结构安全状态的评估，不仅需要结构的各种外荷载作用下的静动力响应的分析数据，还需要对桥梁构件及其附属设施的外观检查、外部环境的记录，对检测、监测、检查的所有数据和视频、图像甄别分析，而这些是早期从国外引进健康监测系统无法达到的。
2021年3月1日，交通运输部正式发布了《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》，列出了必须做监测系统的401座大型桥梁，标志着桥梁结构健康监测系统发展“黄金时代”的来临。桥梁结构健康监测系统从鲜为人知到如今的如火如荼，期间经历了一个怎样的发展历程？如果我们对桥梁监测系统的几个发展阶段加以分类和梳理，会让从业人员对这个领域未来的方向有个较为清晰的认识和把握吗？
作为观察者，我们将桥梁监测在国内的发展划分为三个阶段，这种划分的依据是监测系统设计理念和系统总体架构的不同，而非单纯的时间因素。也许我们这种简单的划分未必合理，权当是一种看待问题的角度吧。
第一阶段：探索尝试（SHMS1.0时代）
1、发展概述
如果要问国内第一座安装了监测系统的是哪座桥梁？可能是1999年通车的江阴大桥。清华大学秦权教授2000年2月发表于《中国公路学报》上的“桥梁结构的健康监测”是国内较早的桥梁监测领域的综述性文章。文中列举了16座安装了监测系统的桥梁，其中国内1座，即江阴大桥。百度百科“江阴大桥”词条提到“通过大桥结构监测系统等的研究，提高了大桥的管理水平”，也可以佐证江阴大桥在建设的同时安装了监测系统。但是江阴大桥监测系统是哪家公司或高校给设计安装的呢？笔者依稀记得是英国flint公司。就目前推算来看，国内大桥管理者接管桥梁监测系统后很难将其运营起来，所以这个系统当时发挥了什么样的作用，获取的数据质量如何，我们没有获得过相关信息。
△ 江阴大桥
之前提到过，虎门大桥算是国内第一座安装监测系统的桥梁，是由清华大学做的。虎门大桥涡振发生后我从业内听到了一些误解的声音，说清华大学很早就做监测系统了，也没做出啥成绩出来，看来需要解释一下。虎门大桥通车（1997年）不久，在大风天气下桥梁振动很厉害，在什么条件下中断交通？这给大桥管理者带来了很大的困扰，于是想出了个笨办法，让自己的司机开车从虎门桥上跑来跑去，司机跑不了了，马上中断交通。大桥管理处有位姓朱的领导，朱总有位同学在深圳做国外GPS设备代理，向朱总推荐说GPS能实时监测大桥位移，这就使得在大风天气下中断交通的决策有了定量化依据。一拍即合，整个系统集成是清华大学过静珺教授做的，所以过教授说她是将GPS用到大桥上的第一人，而从没讲过桥梁监测系统第一人，这个定位是客观的。
△ 虎门大桥现场GPS设备图片和数据图像（大概为1998年）
清华大学在监测系统出现的早期做了些相关工作，主要就是青马大桥“原始指纹”测试，香港路政署给的经费支持，实测一座1377米主跨悬索桥模态，在1998年算是比较早期的尝试了。脉动测试，靠环境激励，技术难度也不低。据说是力学系模态领域专家李德葆教授给出的测试方案；土木系现场数据测试，刘西拉教授、秦权教授和邱法维老师等当时都是背着线缆爬上爬下亲自操作；最终数据处理由北京理工大学李惠斌教授完成。当时李老师清华力学系博士毕业后到土木系做博士后研究专门分析这些数据，研究结果写成论文《青马桥的时域模态识别》发表在了2001年10月份的《土木工程学报》上。截至目前来看，桥梁监测系统这种精细工作国内好像从来没做过。
△ 汀九桥静力原始指纹（影响线）测试（大概为1998年）
最早成规模的桥梁监测系统是香港青马控制区的三座桥梁，包括青马桥、汀九桥和汲水门桥，建成年代在1998年前后。国内早期做桥梁监测系统的多多少少都受香港这几座桥梁监测系统的影响。昂船洲桥（2009年通车）监测系统比较晚，但是该系统集成了上面三座桥梁长期监测经验，系统投入的经费数量空前绝后，据说高达1.2亿港币。香港这几座桥梁监测系统名称为风与结构健康监测系统WASHMS。
△ 青马控制区三座桥梁
△ 青马桥监测系统示意图
△ 汲水门桥监测系统示意图
△ 汀九桥监测系统示意图
△ 昂船洲桥监测系统示意图
2、技术特点
这个阶段桥梁监测系统特点是：
①追求通过监测系统实现结构损伤识别，绝大部分桥梁监测领域科研研究均聚焦于这个领域，并以损伤识别的理念指导系统设计，虽然工程应用效果不理想，虽然损伤识别有不同的理论分支，但是各家是往这个方向努力的；
②重视系统硬件集成和时间同步性设计；
③各类监测项目的采集与控制硬件和软件彼此独立；
④重视监测信号的动态采集。
△ 沪蓉西高速四座桥梁监测系统架构设计
3、经验教训
① 监测系统建成后后续系统运维跟不上或者没有运维，造成花巨额经费建成的系统很快瘫痪；
② 业主对此类项目不熟悉，项目前期策划不够，造成预算不合理，招标过程中投标单位技术方案五花八门，而最终有可能选择了价高质低的中标单位；
③ 无论是业主单位还是投标单位对合同结构和项目建设模式重视程度不足，造成责权利模糊，数据归属权和使用权未加规定，系统后续运维不足等问题；
④ 未能从桥梁养护管理大的框架下对监测系统有客观的认知。总体上系统数据未能或者未能充分用于桥梁养护管理决策。
第二阶段：全面发展
1、发展概述
在此阶段，桥梁监测类项目如雨后春笋般冒了出来。同时最近几年，智慧高速和智慧城市类项目出现很多，于是智慧桥梁作为智慧**类项目其中一个子项被提了出来，当然智慧桥梁实质上还是桥梁监测系统。这个阶段桥梁监测系统由跨江跨河跨海跨谷特大型桥梁向普通桥梁上扩展，颇有“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”的意味。最为极端的是中部某省会城市，政府花费几个亿的经费，城市桥梁监测系统全部覆盖，这是桥梁监测领域的“大手笔”。
这个阶段也出现了各种类型的实施主体单位，有工程单位、设计院、高校，还有传感器厂家，当然也有后来成立的专门做监测系统的公司。桥梁监测系统由此走下神坛。
2、技术特点
第二阶段的技术特点包括：
① 软件集成度高，往往实现了软件平台化，监测平台可以接入多座桥梁；
② 不再过度追求结构损伤识别理论的指导，从而体现为系统设计方法论层面的弱化；
③ 往往针对某些参数最大值进行监测，后续数据挖掘工作少；
④ 大量使用静态传感器，数据可用性有待探讨；
⑤ 长期运维机制仍然未能很好建立，瘫痪不能用的系统时有发生；
⑥ 仍然没有打通数据到决策的最后一公里问题。
△ 监测系统数据平台示意图
△ 监测系统数据平台应用示例
这个阶段桥梁监测系统特点是：
① 追求通过监测系统实现结构损伤识别，绝大部分桥梁监测领域科研研究均聚焦于这个领域，并以损伤识别的理念指导系统设计，虽然工程应用效果不理想，虽然损伤识别有不同的理论分支，但是各家是往这个方向努力的；
②重视系统硬件集成和时间同步性设计；
③各类监测项目的采集与控制硬件和软件彼此独立；
④重视监测信号的动态采集。
△ 沪蓉西高速四座桥梁监测系统架构设计
3、标准规范发展较快
为了规范这个领域的有序发展，相关部门也出台了各种标准规范，从中我们也发现了行业由无序走向有章有法有根有据的正确道路。据不完全统计，最近几年颁布的桥梁监测领域标准规范有：
CECS 333∶2012 结构健康监测系统设计标准；
GB 50982-2014 建筑与桥梁结构监测技术规范；
JT/T 1037-2016 公路桥梁结构健康监测系统技术规程；
T/CECS529-2018 大跨度桥梁结构健康监测系统预警阈值标准；
T/CECS 652-2019 标准名称：结构健康监测系统运行维护与管理标准；
据了解，还有桥梁监测领域标准规范正在制定中。
第三阶段：未来探索
从时间上，我们把3月1日交通运输部正式发布《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》之后划分为桥梁监测发展的第三个阶段。但是，从目前各省地市看到的趋势来看，仍然在延续第二阶段的工程惯例和系统设计方法。即便如此，我们仍然对第三阶段桥梁监测的改进提升抱有较大的希望。看法如下：
1、如何解决长期运维机制
如果监测系统长期运维机制不能得到很好的解决，可以预见，没过几年又会出现大量的瘫痪的不能使用的监测系统。长期监测的运维主体只能是地方的单位，而不是业务面向全国的著名公司。然而有些地方公司由于经验和能力的缺失而无法承担监测系统建设实施和长期运维的职责，这一点可以通过有经验公司向地方从业单位转移知识的方式来实现，也就是业主单位一定要在系统建设之初，要求系统实施单位对业主下属企业进行培训，使得业主下属企业具备长期运维能力，并在系统建设费用和运维费用之间进行合理分配。
2、需要重视桥梁监测系统建设模式
桥梁监测系统有三种可供选择的建设模式，不同建设模式对实施单位的约束是不同的，建设-持有-提供数据模式对建设方约束力最强，推荐探索这种建设模式。如果采取建设-移交模式，业主单位一定要要求建设单位向本地单位做一定程度的工程经验转移和对本地企业人员的培训。
△ 监测系统不同建设模式
3、分布式监测
分布式监测是最近几年出现或者说是有的工程单位和设备供应商想尝试的合作模式。“分布式监测”包括两个层面，一个层面是从技术角度看，各个监测项目之间具有较高的独立性，设备供应商希望以专业的技术负责某监测项目，从传感器、采集及控制、数据传输和分析整个全过程，数据采集控制和数据分析可以从远程实现。另一个层面是从工程模式上，各个监测项目从传感器到数据采集到数据分析可以由专业型公司协作系统集成商来实现。
△ 分布式监测系统架构示意图
4、开源模式
在桥梁监测系统建设量突然有个较大幅度增长的时候，可能会出现短时性产能不足，产能不足使得桥梁监测系统质量很难得到保障。我们提倡桥梁监测系统的“开源模式”，在开源模式下有经验的系统建设方与系统长期运维方分享工程经验，同时带动产学研合作，使得高校研究成果能够指导监测系统建设，同时能够用于系统后续的数据挖掘。
开源模式是分布式监测的升级版，重视系统架构设计的同时，重视监测系统相关合作生态的建设。在开源模式下做到：
① 解决系统建成后长期运维主体缺失的问题；
② 专业的人做专业的事儿，能够大大提高系统数据分析的质量和水平；
③ 能够快速高质量地实施大规模桥梁集群监测系统建设和实施；
④ 当然，整个系统技术架构需要重新设计，以往平台+多桥的技术架构未必可行。如某城市全部几百座桥梁全覆盖，然后集成到一个信息化平台之内，运转起来是否有效，还有待观察；
⑤ 能够发挥企业工程优势和高校数据深入挖掘的优势，分工合作，利于桥梁监测系统技术发展走上良性方向。
5、新的监测技术的应用
如微波雷达用于桥梁动挠度和索力监测，如法国原子能机构下属企业基于振动测试研发的桥梁动挠度监测算法，如武汉理工大学研发的综合时分复用和波分复用新型光纤传感技术、声发射技术，如局部物联网通讯技术，如用于数据挖掘的贝叶斯更新技术等等。
6、回归理论指导
高校研究成果一方面用于指导桥梁监测系统设计，包括传感器类型选择和布点位置以及数据采集要求等；另一方面高校成果用于后续数据分析和挖掘，企业和高校发挥各自分工优势，使得桥梁监测系统数据得到充分的分析和应用。
7、建立桥梁健康管理大数据系统
与桥梁监测系统建设的同时，一定要建立基于BIM的特大桥数字化（而非信息化）管养系统，管养系统对于大桥养护的重要性要高于监测系统。大量的大型桥梁数字化管养系统的实施，会带动全国通用的数字化桥梁管养系统的建设和实施。
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