位于南沙資訊科技園的香港科技大學霍英東研究院內，高民和他的團隊正盯著實驗室的一塊屏幕觀察。屏幕內顯示的內容，是一座大橋的實時“心電圖”數(shù)據。高民的身份不是醫(yī)生，而是香港科技大學霍英東研究院物聯(lián)網研發(fā)部總監(jiān)�！靶碾妶D”數(shù)據來自距離實驗室40余公里的番禺大橋，發(fā)射源則是大橋橋梁上24個比蛋撻還小的黑色模塊——傳感器。

　　這些專業(yè)名稱為新型水泥基復合材料壓電傳感器的模塊，就像聽診器一樣，能夠收集橋梁的鋼筋混凝土結構在承受外力時釋放出來的應力波，并通過裝在橋上的無線網關將數(shù)據傳送到后臺，形成波譜圖。“橋梁長期承受外部壓力，尤其是重型貨車碾壓，內部結構的勞損不易被發(fā)現(xiàn)，我們的項目就是要通過橋梁釋放應力波的頻譜變化，實現(xiàn)對大橋安全性的可視化監(jiān)測�！备呙穹Q，這種傳感器能監(jiān)測到人工現(xiàn)場無法發(fā)現(xiàn)的裂縫。

　　將橋梁內部結構變化從數(shù)據轉換成圖形

　　“2007年的佛山南海九江大橋事件，運砂船撞擊是導致發(fā)生橋面坍塌的主要原因，但不排除在撞擊之前，橋梁內部就已經存在因為長期承受壓力而導致的損害。”高民介紹稱，目前業(yè)界對大橋安全性的監(jiān)測主要有兩種：一種是人工檢視，另一種是高精度GPS定位。

　　“人工檢視是最普遍的方式，靠人眼檢查，使用X光或超聲波探傷、探縫，相當程度上是憑借經驗，局限性很大。”高民稱，GPS定位的方法并未普遍使用，“虎門大橋使用過這種技術，主要是通過差分儀做參照，監(jiān)測橋梁關鍵結構的位移情況，比如遭遇地震時是否有歪斜，無法監(jiān)測橋梁結構內部的損害情況。因此，橋梁安全的監(jiān)測亟需一種可以檢測材料早期惡化的創(chuàng)新、合理、高效的無損檢測技術�！�

　　據高民介紹，橋上通行的汽車、橋下水流和吹過的強風都會對橋梁結構產生力的作用，當受力超過其承受能力時就會對橋梁造成損害，同時釋放出應力波�！拔覀冄邪l(fā)的傳感器就是通過捕捉橋梁水泥結構釋放的應力波，傳回后臺進行分析，實現(xiàn)對橋梁安全進行精細化判斷和預警�！备呙癖硎�，這項技術將橋梁內部結構的變化從數(shù)據轉換成圖形，實現(xiàn)可視化。

　　人眼看不到的裂縫會通過應力波波頻反映出來

　　2014年9月，高民和他的團隊獲準將這套系統(tǒng)安裝到番禺大橋上。“由于大橋已經建成并使用十余年，傳感器無法埋到混凝土結構中，只能附在橋梁上�！备呙窠榻B稱，他們一共安裝了24個傳感器和6個網關。這些傳感器通過番禺大橋上的電源進行充電。

　　單單依靠水泥基復合材料壓電傳感器，還無法實現(xiàn)對橋梁應力波的監(jiān)測。高民和他的團隊研發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)，是將新型水泥基復合材料壓電傳感器與物聯(lián)網技術結合，形成一個數(shù)據收集、轉化、傳輸?shù)南到y(tǒng)。傳感器由一個模塊和一個節(jié)點組成，模塊功能為收集應力波，節(jié)點將力信號轉換成電學信號，然后通過網關將電學信號傳回終端。高民表示：“這種傳感器測不到橋梁承受多大的壓力，但如果壓力對橋梁造成損害，哪怕是細微的裂縫，人眼發(fā)現(xiàn)不了，傳感器也能通過應力波波頻反映出來�！�

　　在香港科技大學霍英東研究院物聯(lián)網研發(fā)部，實驗室里顯眼的位置擺放著混凝土攪拌機和水泥�！拔覀儠�經常做實驗，自己制作水泥塊，然后進行敲擊、壓折等試驗，通過傳感器對這個過程中水泥塊釋放的應力波進行監(jiān)測�！备呙窠榻B稱，“通過機械對水泥塊進行壓折的過程中，我們發(fā)現(xiàn)波譜圖上，裂縫出現(xiàn)時的應力波頻率明顯高于其他頻段�！�

　　技術處于中試階段有望應用在其他建筑物

　　高民表示，他曾經去找過港珠澳大橋項目部，希望能將傳感器安裝到正在施工的大橋中，但遭到拒絕，“像港珠澳大橋這樣的大型工程，可能出于風險控制考慮，不太愿意第一個吃螃蟹�！备呙窠榻B，就一個科研成果從研發(fā)到應用整個流程來說，這項技術尚處于中試階段，產品已經研發(fā)出來了，探測傳感器、建網傳遞數(shù)據這兩部已經完成，現(xiàn)在要進行建模和數(shù)據分析。

　　“在番禺大橋上試驗快兩年時間，后臺已經收集到非常多的數(shù)據，但并非所有數(shù)據都有價值，也需要對數(shù)據進行分析。”高民稱，“比如說，雖然我們在實驗室進行很多次試驗，但從番禺大橋上測得的數(shù)據，其中某一個峰值出現(xiàn)，究竟是這座大橋已經很危險了，還是僅僅出現(xiàn)一個小裂縫，需要對大量數(shù)據進行建模分析�！�

　　高民相信，一旦建立了模型，這項技術就真的成為一項能夠對大橋進行健康監(jiān)測的診療技術�！氨O(jiān)測部門工作人員坐在電腦前就能夠看到大橋的‘心電圖’，有裂縫或嚴重損害出現(xiàn)，會第一時間在屏幕上顯示�！备呙穹Q，“這項技術同樣可以推廣應用在其他建筑物�！�

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