桥梁健康监测系统行业发展趋势与存在问题分析 2023-2028年中国桥梁健康监测系统产量预测

在国外，20世纪80年代以来，在北美、欧洲和亚洲的一些国家和地区，相继发生了一些桥梁结构的突然性断裂性事故，使人们意识到对桥梁结构的健康诊断的重要性和迫切性。80年代后期，国外明确提出了桥梁结构健康监测的新思路和概念，并先后开始在一些重要的大跨度桥梁上建立了结构健康监测系统。例如丹麦的GreatBeltEast桥(大带东桥)。这是一座跨径布置为535m+1624m+535m的水利。为评估该桥结构整体性、耐久性和可靠性，COWI公司为该桥设计了一个多达1000个传感器的监测系统。该系统监测的内容包括主缆、吊杆和索夹的应力;桥面箱梁的加速度、应力、支撑处的位移;下部结构的腐蚀监测、桥梁的倾角、桥塔规范应变;基础的土质监测;气候监测等。

桥梁健康监测系统综合了现代传感技术、网络通讯技术、信号分析与处理技术、数据管理方法、知识挖掘、预测技术及桥梁结构分析理论等多个领域的知识，极大地延拓了桥梁检测领域，提高了预测评估的可靠性。基于GPRS网络的桥隧结构无线监测系统是集现代化传感技术、测试技术、计算机技术及现代网络通信技术，是一个分布式、网络化和全开放的监控系统。由于传统桥梁养护管理模式的检测方法和手段的局限性，很难适合大规模桥隧结构评定的发展要求。在20世纪80年代中后期，欧美一些国家首先明确提出了结构健康监测新理念，并先后在一些重要的桥梁安装健康监测系统。

据中研普华产业院研究报告《2023-2028年中国桥梁健康监测系统行业发展趋势与投资咨询报告》分析

第三章 中国桥梁健康监测系统市场供需分析

第一节 国内外桥梁健康监测系统发展状况

一、国外桥梁健康监测系统发展状况

在国外，20世纪80年代以来，在北美、欧洲和亚洲的一些国家和地区，相继发生了一些桥梁结构的突然性断裂性事故，使人们意识到对桥梁结构的健康诊断的重要性和迫切性。80年代后期，国外明确提出了桥梁结构健康监测的新思路和概念，并先后开始在一些重要的大跨度桥梁上建立了结构健康监测系统。例如丹麦的GreatBeltEast桥(大带东桥)。这是一座跨径布置为535m+1624m+535m的水利。为评估该桥结构整体性、耐久性和可靠性，COWI公司为该桥设计了一个多达1000个传感器的监测系统。该系统监测的内容包括主缆、吊杆和索夹的应力;桥面箱梁的加速度、应力、支撑处的位移;下部结构的腐蚀监测、桥梁的倾角、桥塔规范应变;基础的土质监测;气候监测等。

二、中国桥梁健康监测系统发展状况

桥梁健康监测系统综合了现代传感技术、网络通讯技术、信号分析与处理技术、数据管理方法、知识挖掘、预测技术及桥梁结构分析理论等多个领域的知识，极大地延拓了桥梁检测领域，提高了预测评估的可靠性。基于GPRS网络的桥隧结构无线监测系统是集现代化传感技术、测试技术、计算机技术及现代网络通信技术，是一个分布式、网络化和全开放的监控系统。

由于传统桥梁养护管理模式的检测方法和手段的局限性，很难适合大规模桥隧结构评定的发展要求。在20世纪80年代中后期，欧美一些国家首先明确提出了结构健康监测新理念，并先后在一些重要的桥梁安装健康监测系统。我国自20世纪90年代也在一些大型重要桥梁上建立了不同规模的长期健康监测系统，如香港的Lautau Fixed Crossing和青马大桥，大陆的虎门大桥、徐浦大桥等。在桥梁上安装使用实时健康监测系统是未来桥梁监测发展方向和趋势。

三、桥梁健康监测系统发展存在问题

1)重自动监测，轻人工检查

随着传感器智能化和采集设备自动化的发展，桥梁健康监测系统往往过分强调其自动监测功能，忽视了人工检查的作用。据不完全统计，在我国桥梁健康监测系统建设初期(1999.2005)，只有20%左右的监测系统将人工检查纳入健康监测系统，而在近十年(2006.2015)己建成的监测系统中，这一比例上升到50%左右，但其中只有不到1/3的监测系统制定了详细人工检查策略和项目，如表1所示。从现实情况来看，单纯依靠自动监测是不够的，一是由于投资限制，自动监测测点有限，不能覆盖所有桥梁构件，甚至难以覆盖与结构安全性和耐久性相关的所有重要部位;二是由于监测技术限制，监测项目不全，如混凝土裂缝、钢构件锈蚀、支座老化等耐久性监测项目往往难以通过仪器自动监测。因此，无论从经济或技术角度来说，单纯依靠自动监测手段难以实现全面的桥梁健康监测，得到的有限监测信息不足以支撑后续的预警与评估，从而制约了监测系统作用的发挥。

2)重硬件系统，轻分析系统

国内的桥梁健康监测系统普遍重视硬件系统的建设，许多大跨度桥梁健康监测系统配备了数量众多、性能良好的传感器、采集仪、通信设备和工作站等，这些设备无疑使监测系统的硬件性能更加突出。然而，在需求尚不明确的情况下，一些监测系统的硬件建设存在盲目性和随意性，相当一部分硬件设备并未真正发挥作用，造成浪费。另外，面对桥梁恶劣的工作环境，愈发庞大的硬件设备规模也增加了系统集成和维护管理的难度，降低了监测系统的稳定性和耐久性。与硬件系统相比，我国桥梁健康监测系统在分析系统(包括算法和软件两个层面)的开发上显得相对薄弱，没有体现出与硬件系统相匹配的分析能力。对于算法层面，受制于理论的不完善和实际结构的复杂性，目前系统在海量数据处理与有效信息提取、实时预警、损伤识别、健康状态综合评估、决策与支持等方面的功能都存在缺失或不完善的情况。例如，据不完全统计，我国桥梁健康监测系统在分析中强调损伤识别的比例超过70%，而强调承载能力和疲劳寿命评估的比例仅25%左右。现实情况是，由于测点有限、环境噪声和结构复杂性等原因，目前在结构复杂的大跨度桥梁中较难实现全面的损伤识别，单纯依靠损伤识别结果也不足以评估其健康状态，且无法与关键设计指标挂钩。因此，分析系统的薄弱导致桥梁健康监测系统无法真正把握桥梁的健康状况，有限的分析结果也不够“接地气”，难以为桥梁维护、维修与管理决策提供足够的依据和指导。其次，对于软件层面，在交互界面的设计上往往不够重视，导致监测信息显示不直观、图形界面不友好，软件可扩展性差，难以让工程人员接受。

3)重单体式监测，轻集群式监测

目前己建的桥梁健康监测系统基本属于单体式监测系统，即监测系统仅针对某一特定大桥进行设计，两者具有一一对应的关系，其硬件系统不具备监测多座桥梁的能力，而集群式监测的工程实例相对较少。单体式监测是桥梁健康监测的基本形式，存在以下两点不足：一是单体式监测需建立一一对应的“监测中心”，重复投资的结果是造成资源浪费;二是单体式监测覆盖面有限且系统之间相互独立，缺乏整合和沟通，容易形成“信息孤岛”，无法为同一区域内桥梁整体安全及综合评估提供有效的技术支持。

四、桥梁健康监测系统发展对策建议

自动监测与人工检查相结合

在桥梁健康监测(Structural Health Monitoring，SHM)概念出现以前，桥梁的安全运营和日常维护主要依靠定期人工检查的方式并通过桥梁管理系统(Bridge Management System，BMS)进行管理，这种方式存在被动、间断、效率低等缺点。随着SHM的发展，其自动监测所具备的特点可以很好弥补传统BMS的缺陷，并与人工检查一起成为实现科学管养的重要手段。SHM应包含BMS的概念，并最终向桥梁全寿命管理(Life.cycle Management，LCM)的方向发展，三者之间的关系。在这个观点下，桥梁健康监测系统应考虑在线自动监测与定期人工检查相结合的原则，将定期人工检查模块纳入其中，采用所示的系统架构。该架构以结构预警与评估系统为核心形成两条数据流，即由传感器系统、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统组成的在线自动监测数据流以及由结构构件评级系统和人工检查模块组成的定期人工检查数据流，这两条数据流分别将自动监测信息和人工检查结果输入到结构预警与评估系统中，供进一步分析与评估。定期人工检查作为实时自动监测的有效补充，将有助于更全面地了解桥梁健康状况，并可减少系统后期维护成本和数据处理压力。同时，评估结果也可反馈调节两条数据流中的数据流动，使其各自形成完整的数据流动循环。

硬件系统与分析系统相结合

桥梁健康监测系统的核心功能是对桥梁状态进行预警与评估，这就要求监测系统既要有合理的硬件系统，又要具备足够的分析能力，轻视分析系统而片面追求监测项目和硬件设备的做法将越来越不被桥梁管理者所接受。因此，在硬件系统方面，应坚持目标与功能主导的原则，根据监测级别(全效型、实用型、经济型)合理确定监测项目的规模以及所采用的传感器、采集仪和通信设备等，在确保达到预期功能要求的同时尽量节约投资。同时，在分析系统方面，需重视算法和软件的开发，投入足够的人力物力，重点对数据处理、实时预警、损伤识别、健康评估等算法进行研究，编制交互界面友好的软件并输出直观的、易于桥梁管理人员使用的评估结果。只有硬件系统与分析系统相互匹配，才能最终体现桥梁健康监测的价值。

损伤识别与承载能力/疲劳寿命等关键指标评估相结合

结构损伤识别是健康监测的重要内容，传统的桥梁健康监测系统往往强调通过有限的监测信息来判别、定位和定量结构损伤，进而评估桥梁的整体健康状况。然而，由于测点有限以及环境噪声和结构复杂性等因素的影响，目前在桥梁结构中仍较难实现全面的损伤识别。此外，损伤识别结果也未能与关键设计指标挂钩，仅对桥梁进行损伤识别不足以评估其健康状态。若过分依赖损伤识别而忽略其他评估指标，桥梁健康监测系统将很难被工程界接受。因此，从实用性角度出发，桥梁健康监测系统应着眼工程实际并贴近现行规范，在评估阶段可侧重考虑构件级别的承载能力和剩余疲劳寿命这两个最能反映结构安全性的基本设计指标。在监测数据超过阈值时，桥梁健康监测系统预警并进入评估阶段，此时一方面应重新确定桥梁构件目标可靠指标，通过构件损伤识别结果或结构退化模型更新结构模型，并根据荷载监测数据更新荷载模型，在此基础上依据概率极限状态设计原理更新活载和抗力分项系数，最终全面评估桥梁构件的承载能力;另一方面，更新疲劳车辆荷载谱，利用模拟法全面评估桥梁钢构件的剩余疲劳寿命。

单体式监测与集群式监测相结合

单体式桥梁健康监测系统由于重复投资和“信息孤岛”效应，难以实现对区域内的桥梁进行统一监测，发展面向区域的集群式桥梁健康监测平台将是解决目前城市桥梁管养工作问题的一个重要技术手段。该平台前端由布设在多座桥梁现场的传感器系统以及对应的嵌入式数据采集系统组成，中端通过3G/4G通信网络实现监测数据的传输与共享，后端由并行计算机集群、监测数据存储分析平台以及三维展示平台组成，实现集群式监测数据存储、处理、分析和显示等。集群式桥梁健康监测平台采用无线传输技术建立区域级监测数据处理中心，避免重复建设多个单体式监测中心，可以有效节约投资，实现资源整合、信息共享等目标。

第二节 中国桥梁健康监测系统市场供给状况

一、中国桥梁健康监测系统产量分析

随着改革开放以来经济的快速发展，国内的交通网络在不断的丰富、完善，桥梁建设迎来了建设的黄金时代。桥梁不仅在公路交通运输中发挥着至关重要的作用，而且在高铁架设过程中具有不可替代的地位。伴随着桥梁的建造技术的迅猛发展，近几年来国内涌现出了许多大型，特大型的桥梁，如湖南矮寨大桥，杭州湾跨海大桥等，这些非凡的成就既展现了中国桥梁技术的腾飞，也大大提升了中国桥梁工程建设的国际地位。因为国内桥梁现代化建设起步时间较晚，因而大部分桥梁结构强度仍处在合理的范围内，尚未出现结构疲劳，然而随着时间的迁移，桥梁结构的健康问题将会凸显出来。如何做到结构隐患早发现，早排除，这不仅关系到人民群众的生命财产安全，而且还能为业主挽回巨大的财产损失。由于下游需求的快速上升，桥梁健康监测系统产量迅速增长。

2020-2022年，我国桥梁健康监测系统产量由2289套上升到2587套。我国桥梁健康监测系统行业市场规模为33.9亿元。

图表：2020-2022年中国桥梁健康监测系统产量

数据来源：中研普华研究院

二、2023-2028年中国桥梁健康监测系统产量预测

预计2023-2028年我国桥梁健康监测产量将保持较快增速，到2028年桥梁监测系统产量达3910套。

图表：2023-2028年中国桥梁健康监测系统产量预测(套)

数据来源：中研普华研究院

桥梁健康监测系统行业研究报告旨在从国家经济和产业发展的战略入手，分析桥梁健康监测系统未来的政策走向和监管体制的发展趋势，挖掘桥梁健康监测系统行业的市场潜力，基于重点细分市场领域的深度研究，提供对产业规模、产业结构、区域结构、市场竞争、产业盈利水平等多个角度市场变化的生动描绘，清晰发展方向。

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