虎门大桥突发“波浪式”晃动，物联网可以做什么？

5月5日下午，正值“五一”假期返程高峰，虎门大桥悬索桥桥面突发异常“波浪式”晃动，振幅较为明显，对行车造成不舒适感。随后，虎门大桥公司发布通告，宣布从2020年5月5日15时20分起，对虎门大桥实行全封闭交通管制。同时，为确保过往船舶航行安全，广东海事局与广东省交通运输厅商定，于5月5日18时15分实行临时水上交通管制，从19时起，对虎门大桥附近通航水域实施封航。
 
虎门大桥是中国第一座大型悬索桥，其主航道跨径888米，被誉为“中国第一跨”，桥梁结构与鹦鹉洲长江大桥相似。虎门大桥作为粤港澳大湾区关键通道，通车23年来，为粤港澳大湾区各城市互联互通和经济繁荣发展发挥了重要作用。与此同时，车流量的持续增长也造成这条交通大动脉不堪重负。据了解，虎门大桥的车流量由1997年建成时的日均1.84万标准车次，到最高日均17万标准车次，远超日均8万车次的设计标准，饱和度达2.1。
 
出现桥梁振动情况后，国内相关领域专家奔赴现场进行勘察，给出了目前最可信度最高的说法，初步认定此次虎门大桥的振动主要是因为沿桥跨边护栏连续设置水马（挡墙），破坏了大桥的断面流线型，在特定风环境条件下，产生了桥梁涡振现象。

虎门大桥桥梁专业人员第一时间回应称，目前虎门大桥桥梁主体结构未受损，同时，专家表示桥梁遇到特殊风况会晃动是正常的，一般遇到漩涡风桥面晃动比较大。
 
二 、桥梁涡振现象产生原因
 
关于大桥因外力坍塌最著名的例子是1940年塔科马海峡大桥，同样是悬索桥，但是在通车4个月后，突然被微风摧毁。回到国内，不久前长江鹦鹉洲大桥也出现类似现象。研究风力对桥梁的影响显得十分重要，因此需要了解桥梁为什么会在风力作用下产生摆动。
 
桥梁平面与风向相同，当风速不大时并不会产生振动，产生振动的原因是因为风速加快，会在桥梁平面上生成一个个气旋，这些气旋在桥梁左右两侧分布，这样就会产生振动频率与桥梁不同步，使桥梁产生振动，这就是桥梁涡振现象，其原理就是卡门涡街导致形成的。
 


东莞理工大学老师有专门做到这个卡门涡街实验，实验过程就是用一块纸条在吹风机下面，当风速比较小时，纸条基本不会摇摆。当调大吹风筒风速时，纸条的尾部就会摆动起来，实验虽然存在误差，但可以很好的解释桥梁在大风作用下产生摆动的原因。

三、物联网在桥梁监测中的应用

近些年，一系列的桥梁损害甚至坍塌事故，都在提醒我们必须高度重视桥梁的健康检测与安全评估，及危桥的损伤检测和监控，争取消除隐患。所以对桥梁健康状况进行监测和评价，掌握其健康状况是有非常重要的意义的。桥梁结构的监测也成为桥梁结构安全养护和保障正常使用的主要技术手段。
 
显然，监测的过程仅靠人力是不可能的，费时费力费成本不说，还无法做到监测的实时性。因此，物联网技术在远程桥梁结构健康监测中，成为一个不可缺少的重要环节。
 
在20世纪80年代中后期，美国开始在一些桥梁上，布设用于检测环境、荷载、震动、局部应力等桥梁各类基本参数的传感器，力图通过数据分析，来寻求一些力学规律。
 
美国的Sunshine Skyway Bridge上面共计安装500多个传感器，这些传感器，主要用于采集桥梁建设、运营等各阶段的位移、应变和温度变化等，最终人们可以通过这些信息，找到桥体结构和桥体材料，随时间变化的规律。
 
在国内，虎门大桥、徐浦大桥、江阴长江等大桥在施工阶段，工程师已经在桥体上，布设了传感器，这些传感器，可以实时监测桥体的各项指标和参数。
 
香港青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥，还曾布设过当时世界上规模最大的实时安全监测系统，系统包括900个各类传感器、9台电脑控制信息收集系统、2台电脑工作站负责信息处理和分析系统。
 
根据论文显示虎门大桥监测系统加入了GPS位移、应变实时、长期形变、超限超载等监测系统，通过这些系统的作用，实时获取桥梁在各种情况下的受力、工作状态，以及抗风和抗震等结构参数，实现对桥梁的安全监测。
 
从虎门大桥监测系统的表现来看，融入物联网的基建监测系统未来的市场将会加速扩大。根据数据显示，国内目前铁路营运里程12.9万公里，桥梁20万座；公路总里程14.26万公里，82.55万座桥梁；还有一些2万余座水电站、200多个机场等大型公共基础设施。在这些大型基建里面，并不是所有的设施都有完整的安全监测系统，同时，在新基建的加持下，相关监测系统的需求和市场只会大幅增加。

四、结构监测市场应运而生
 
不只是桥梁，随着中国大规模基础建设浪潮的渐渐消退，隧道、楼宇、轨道等各种结构物都开始进入长期的运营使用阶段。但是，在各种自然界的不确定外力加载下，以及经济发展的需求，致使各种结构物超载疲劳运营现象普遍出现。
 
中国结构监测的市场刚刚起步，结合着物联网，智慧城市的发展，未来五年内会滋生出数十亿的市场份额，同时随着现有建筑物的逐步老化，市场还会越来越大。鉴于传感器的生命周期一般为8年左右，所以也是一个无限循环的市场。如果新建筑物在施工阶段就采用物联网结构监测方案，那么整个市场无疑会扩大很多。
 

 
据统计，截止2015年，国内现有大小桥梁70多万座，隧道8000多座（总长度4000多公里），地铁总长度超过3000公里，大型体育场馆上千座，老旧建筑，高层建筑数量庞大，未来都有实时在线监测预警的需求。
 
本文由电子发烧友综合报道，内容参考自我爱物联网、《基于物联网的特大型桥梁健康监测系统研究》、通信产业网，转载请注明以上来源。