讀懂“健康手環”使用說明
——《公路橋梁結構監測技術規范》（JT/T 1037—2022）解讀

文 《公路橋梁結構監測技術規范》（JT/T 1037—2022）編寫組成員 中交公路規劃設計院有限公司 葉志龍 李娜 哈爾濱工業大學 李惠

2021年4月1日，《交通運輸部關于下達2021年交通運輸標準化計劃（第一批）的通知》發布，委托中交公路規劃設計院有限公司作為主編單位牽頭承擔《公路橋梁結構監測技術規范》（JT/T 1037—2022）（以下簡稱《規范》）的編制工作，并將其作為《公路橋梁結構安全監測系統技術規程》（JT/T 1037-2016）的代替標準進行修編。

編制背景

2020年12月，《交通運輸部關于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》中明確提出“加強橋梁結構健康監測，統一數據標準和接口標準，推進數字化、信息化、智能化，2025年底前實現跨江跨海跨峽谷等特殊橋梁結構健康監測系統全面覆蓋，到2035年公路橋梁結構健康監測系統全面建立”的工作目標。據此，交通運輸部決定在“十四五”期間組織開展跨江跨海跨峽谷等長大橋梁結構健康監測系統建設，并頒布《公路長大橋梁結構健康監測系統建設實施方案》。按照“試點先行、統一標準、分級建設、聯網運行”的工作步驟，先行編制《公路長大橋梁結構健康監測系統試點建設技術指南》（以下簡稱《指南》），指導試點建設。2021年底完成11座試點橋梁系統建設、評估與總結后，在《指南》基礎上結合已開展系統建設試點的實踐經驗，制定頒布《規范》。

定位功能

《規范》定位為行業推薦性標準，面向在建或在役公路橋梁監測技術、管理需求，指導、規范公路橋梁單橋監測系統建設與應用，并與《公路橋涵養護規范》（JTG 5120-2021）、《公路纜索結構體系橋梁養護技術規范》（JTG/T 5122-2021）、《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21）等協同，共同組成現代公路橋梁養護標準體系。其功能是統一單橋系統建設應用標準，明確系統監測內容，規范建設管理行為，夯實監測數據互聯互通、共享共用基礎，保障和提升監測系統建設質量和技術水平。

體系構成

《規范》由監測技術體系為主線貫穿始終，嵌入系統建設體系和數據應用體系兩條副線，共同組成架構體系。《規范》共分四大組成部分：一是范圍定義，由第一、二、三章組成；二是總體要求，由第四、五章組成；三是監測技術要求和系統建設內容，由第六、七、八、九、十章組成，是《規范》的主體；四是數據應用，集中在第十一章，是《規范》的重點。

監測技術體系

《規范》基于需求導向、問題導向，從最終的數據分析、評估應用逆向反饋確定公路橋梁結構的監測內容、布設監測測點、選擇監測方法、構建監測系統、進行數據管理、開展監測應用，系統回答了“監測什么、如何監測、如何構建、如何應用”的技術問題，構建起成套的監測技術體系。由此，《規范》統一了公路橋梁結構監測的技術水準，確保了技術的一致性、均衡性。

《規范》從橋梁的基本屬性和實際運營狀況出發，針對服役的環境、所承受的作用、結構的靜動力響應和結構性能的退化劣化，首次將監測內容按照環境、作用、結構響應和結構變化四個類別予以劃分。結構響應主要關注瞬變，注重結構安全性要求；結構變化主要注重緩變，體現結構耐久性要求。依據四大橋型的不同特點分表列示，標明應選監測項、宜選監測項和可選監測項，既考慮了四大橋型的共性問題，也顧及了單體橋梁的個性方面，便于系統設計者靈活把控選擇，尤其針對技術狀況等級為3類、4類且需要跟蹤觀測的在役橋梁或經過評定需要進行結構監測的橋梁還可以調整監測內容。

布設監測測點的基本原則是測點數據能夠反映和把握環境、作用、結構響應和結構變化特征，獲取上述四項監測內容的表征參數或特征值。《規范》也針對上述四項監測內容分別規定了環境監測測點、作用監測測點、結構響應監測測點和結構變化監測測點具體布設所處的構件、部件或部位，給出布設范例作為參考。測點布設應富有針對性、注重代表性、體現經濟性、兼具全面性，《規范》依次根據各項監測內容和測點布設要求，從感知方法和數據采集方法兩方面詳細給出了相應的監測方式、途徑，以及具體的傳感器、設備的性能指標參數和監測采樣頻率要求。

針對系統建設，《規范》從系統設計、系統實施、系統試運行、系統驗收、系統運維和系統安全六個方面提出了相應的技術規定和具體要求。針對系統建設完畢后的數據管理，《規范》也從數據編碼、數據預處理、數據存儲、數據交互與共享、數據安全五項內容提出了明確的技術要求和規定功能，并給定了數據編碼和傳輸協議，統一了數據標準，保障了各監測系統數據間互聯互通、共用共享技術基礎。需要強調的是，數據安全側重數據本身存、取、用的安全，屬于等保安全中的業務信息安全，而前述的系統安全側重監測系統構建所必須的硬件、網絡、軟件服務安全，屬于等保安全中的系統服務安全，在《規范》使用中應予以區分理解。

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數據應用層面是構建監測系統的出發點和落腳點，《規范》依據橋梁管理養護中的切實需求，將數據應用歸納體現為六個方面，分別為監測數據分析、超限閾值與報警、車輛通行管控、檢查指引、結構健康度評估、特殊事件應急管理，重在監測數據分析、超限閾值和結構健康度評估，并給出了詳細的分析內容、技術方法和實施要求。數據分析應支撐評估應用，并可結合其他養護管理數據開展，共同服務于橋梁管理養護尤其是應急管理工作。

系統建設體系

《規范》對公路橋梁結構監測系統建設所涉及的各個環節、所開展的工作內容予以明確規定，提出詳細技術要求，從而構建起結構監測系統建設體系。

《規范》明確了進行橋梁結構監測的橋梁范圍：一是針對主跨跨徑大于等于500米懸索橋、300米斜拉橋、160米梁橋及200米拱橋；二是針對技術狀況等級為3類、4類且需要跟蹤觀測的在役橋梁；三是針對經過評定需要進行結構監測的橋梁。該范圍契合交通運輸部頒布的《公路長大橋梁結構健康監測系統實施方案》，鼓勵各地結合實際情況，將其他公路橋梁納入實施范圍。

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對于監測系統建設，從機電工程屬性上可分為硬件、軟件和配套工程，須遵循《規范》規定的技術體系標準。

系統設計。包含基礎分析、實現功能、實施方案及運維升級要求，尤其應注重基礎分析，其事關系統設計質量，進而影響系統建設實效。基礎分析內容應視在建或在役橋梁，包括運營環境分析、結構力學特性與構造特點分析、風險評估分析、耐久性分析、技術狀況分析、病害損傷分析、監測養護需求分析等方面，只有基礎分析透徹明晰，系統設計才能富有針對性、匹配度，并確定好功能予以實現。實施方案主要涵蓋監測內容和測點布設、硬件選型與安裝、數據采集傳輸管理方法、軟件開發測試部署、系統集成調試、超限閾值設定、數據分析與評估應用及其他工程配套支持等內容。監測系統硬件、軟件的更換與升級應保障監測數據的銜接與分析的連續性。

系統實施。具體工作主要包含硬件設備采購與測試、軟件開發與測試、軟硬件安裝與調試，須強調施工組織設計和施工工序銜接，應注重硬件選型精細、設備安裝精確、網絡傳輸精密、數據應用精準（自動智能分析軟件模塊）、用戶界面精美，確保系統軟硬件建設質量。

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系統試運行及驗收。《規范》立足行業管理切實需求，參考機電工程類似做法，結合我國監測系統實操經驗，對監測系統試運行及驗收作出了相應規定，填補了行業空缺。系統驗收分為兩個階段，即交工驗收和竣工驗收，內容包括硬件驗收、軟件驗收和資料驗收。《規范》規定了橋梁結構健康監測系統試運行期不少于3個月，系統結束后應進行交工驗收。對于與新建橋梁同期建設的監測系統，其作為橋梁建設期的一項實施內容，應與橋梁建設同時同步進行交竣工驗收；對于在役橋梁獨立建設的監測系統，規定監測系統交工后的系統缺陷責任期宜為兩年，即系統在工作正常、運行穩定滿兩年的前提下方能竣工驗收，有其他約定的情況除外。

系統運維。運維對于監測系統的正常運行和使用壽命至關重要，《規范》為此對系統運維的工作內容和頻次給予了細致規定，包含硬件設施和軟件系統的日常檢查、定期維護、專項維護和應急維護，等同對待系統運維與橋梁自身檢查維養。

系統安全。《規范》要求從物理層、網絡層、應用層及系統層等方面多層次構建網絡安全防護體系，并提出相關規定。

數據管理。作為系統建設的重要工作及延伸內容，數據管理包含數據編碼、數據預處理、數據存儲、數據交互與共享、數據安全等方面。數據管理突出重點是數據編碼和數據傳輸協議，須嚴格遵照《規范》要求執行，此乃統一數據、接口標準的基石，以確保“異主、異構、異地”各系統實現數據交互與共享，保障單橋系統、省級監測平臺和部級數據平臺的順暢聯通、實時調用。

應用評估體系

《規范》創新性提出橋梁結構健康度，并對其在《公路橋涵通用設計規范》（JTG—2015）的極限狀態內涵范疇下進行定義。它是結構監測邁向系統自動評估、評定健康度等級、智能化分析應用的基點和支撐，是實現監測系統從“數據獲取→數據分析→超限報警→健康度評估”閉環自洽的關鍵一步，由此方能構建起橋梁監測應用評估體系。

數據獲取依賴前述監測系統設計與構建質量，數據分析是過程和方法，分析結果支撐監測應用。《規范》從環境、作用、結構響應和結構變化四個類別分別規定各細項監測具體分析內容、參數或特征值等，并重點強調了可采用統計分析、相關性分析、趨勢分析、比對分析、機器學習等可靠方法。根據數據分析結果，結合超限閾值設定，《規范》對各項報警內容給定了一級、二級或三級超限報警，同步給出了對應的檢查建議和管理措施。

橋梁結構健康度，包括結構整體健康度和結構構件健康度，體現的是結構可靠度理論，反映的是結構抗力水平，其評估核心思想是通過監測分析所獲取的參數、特征值來表征評價結構構件或整體安全、功能所處的相對水平，橋梁整體健康度也取決于構件健康度。由此不難看出，表征參數設定至關重要。《規范》對構件或整體健康度表征參數予以明確規定，橋梁結構健康度等級可劃分為Ⅰ基本完好、Ⅱ輕微異常、Ⅲ中等異常、Ⅳ嚴重異常四個等級，與超限報警等級直接關聯，并通過可靠有限元模型計算結果與對應超限閾值比較間接獲得，進而構成了橋梁監測應用評估體系。

橋梁結構監測是一項多學科跨領域交叉融合的技術。當前，先進信息技術正深度賦能交通基礎設施，在推動交通基礎設施網絡化、數字化、智能化進程中各項技術蓬勃發展的同時，應積極主動開展新技術、新方法、新設備、新應用的研究和引入，以便盡早將其納入《規范》，助力橋梁監測行業的高質量發展。

表1 橋梁結構健康度

由于我國橋型眾多，構造特點和受力特性各不相同。要想使“健康手環”適配于不同的橋型，就要針對單橋合理選擇監測參數。合理的監測參數設計是解決信息量和獲取成本間矛盾的有效手段，還是現有規范體系下全面掌握橋梁結構健康狀況的有效途徑，更是解決一攬子結構健康監測方案的前提及開展后續評估工作的基礎。