The Challenge:

　　開(kāi)發(fā)出結構監測系統，測量和確定Rion-Antirion大橋在正常工作下、大風(fēng)作用下和地震情況時(shí)的狀態(tài)。

  　The Solution:

　　應用PAC 對東海大橋以及Rion-Antirion 大橋進(jìn)行結構監測

    近年來(lái)，NI產(chǎn)品在橋梁結構監測領(lǐng)域有越來(lái)越多的應用。本文選取了我國東海大橋和希臘Rion-Antirion大橋的案例，以點(diǎn)代面地展現了NI 產(chǎn)品在橋梁結構監測中的應用。東海大橋是我國第一座外?？绾４髽?，全長(cháng)32.5 公里；希臘的Rion-Antirion 大橋全長(cháng)2883 米，通過(guò)四座斜拉塔支撐起長(cháng)度居世界第二的斜拉橋面。這兩座跨海橋梁都成功運用了NI 的PAC 平臺，以多機站方式實(shí)現了對橋梁結構的分布式實(shí)時(shí)監測。

    隨著(zhù)區域經(jīng)濟與工程技術(shù)水平的發(fā)展，同時(shí)為了滿(mǎn)足日益增長(cháng)的交通需求，世界上越來(lái)越多的地區開(kāi)始興修大型橋梁。據統計，在中國，僅僅橫跨長(cháng)江兩岸的特大橋就有60 余座，并且出現了多座已建成、在建或處于立項階段的跨海大橋，如東海大橋、杭州灣大橋、虎門(mén)大橋等。這些橋梁設施不但要抵抗海水江水的沖擊和腐蝕、地震臺風(fēng)等自然災害，還要經(jīng)受各種交通工具對橋梁結構造成的緩慢損害。

    2007 年8 月到9 月的短短兩個(gè)月內，就在中國、美國、越南等地發(fā)生了四起重大大橋坍塌事故，造成了無(wú)法彌補的人員傷亡和經(jīng)濟損失，引發(fā)了各國政府和社會(huì )對橋梁安全的高度重視。那么，為了避免事故再次發(fā)生，可以做些什么呢？或許我們能從我國東海大橋和希臘Rion-Antirion大橋的結構監測系統中獲得一些啟發(fā)。

    為東海大橋量身定制“體檢方案”

    建成于2005 年的東海大橋是我國第一座外?？绾４髽?，全長(cháng)32.5 公里，從上海南匯區蘆潮港跨越杭州灣北部海域到達浙江嵊泗群島的小洋山島。該橋擔負著(zhù)連接上海市區與深水港樞紐的重任，因此需要對橋梁健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。監測數據的正確性對于橋梁的評估和研究尤為重要。然而，要全面監測一座超過(guò)30 公里的特大橋梁，不僅需要在大橋上多個(gè)位置進(jìn)行數據采集，還需要在每個(gè)位置上采集不同的參數，如變形、應力、溫度、沉降等，因此整個(gè)監測系統需要成百上千個(gè)采集通道，這是傳統的測試儀器無(wú)法實(shí)現的。而且由于橋梁結構特殊，構造范圍廣，監測點(diǎn)分散在各處，很多監測項目又具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，如地震、臺風(fēng)、交通事故等，因此各部位監測數據需要非常準確的時(shí)間同步，一旦出現微小偏差，會(huì )嚴重影響橋梁健康的研究分析。

東海大橋應用NI 的GPS 同步解決方案同步各個(gè)分布式機站

    令人欣喜的是，NI PXI平臺和動(dòng)態(tài)信號采集卡的組合非常輕松地解決了通道數方面的難題，在一個(gè)PXI機箱中就可以實(shí)現超過(guò)150個(gè)通道的采集，通過(guò)為每個(gè)工作站配備一個(gè)PXI 機箱，可以很好地滿(mǎn)足全橋14 個(gè)工作站的通道需求。為了實(shí)現同步，工程師們采用了NI 基于GPS 信號的同步解決方案。GPS除了可用于全球定位之外，還會(huì )不斷發(fā)出精確的時(shí)間信號。通過(guò)接收該信號，每個(gè)工作站的PXI 采集平臺就會(huì )將這個(gè)信號作為參考時(shí)鐘，整個(gè)系統的運行就好像擁有了一個(gè)“心臟”一樣，達到多機站之間同步的要求。在此硬件基礎上，工程師運用LabVIEW 及相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)包設計開(kāi)發(fā)了整個(gè)同步監測系統，為東海大橋量身定制了一套實(shí)時(shí)的“體檢方案”，可以及時(shí)獲知橋梁的健康狀況，對各種突發(fā)事件做出響應，以便進(jìn)行必要的養護工作，從而延長(cháng)橋梁的使用壽命。

    該系統目前已經(jīng)全部開(kāi)發(fā)完成并正式開(kāi)始運行，對東海大橋的健康安全起著(zhù)至關(guān)重要的作用，得到了業(yè)主及相關(guān)橋梁研究人員的肯定。

     NI 為結構監測提供全方位軟硬件支持

    無(wú)獨有偶，于2004 年落成的希臘Rion-Antirion 大橋也采用了NI PXI 機箱進(jìn)行結構監測。該橋全長(cháng)2883 米，跨越柯林斯海灣連接了伯羅奔尼撒半島和巴爾干大陸。大橋采用鋼索斜拉結構，具有四個(gè)斜拉塔，撐起了世界第二長(cháng)斜拉橋面（僅次于法國的Millau 公路橋）。法國Advitam 公司在四個(gè)斜拉塔下分別放置了一個(gè)PXI/SCXI 混合機箱，獲取各種物理參數的測量數據。四個(gè)機箱通過(guò)光纖以太網(wǎng)連至大橋營(yíng)運大樓內的PC 機。由于這套系統在Rion-Antirion 大橋上的成功應用，Millau公路橋也將建設一套類(lèi)似的監測系統。事實(shí)上，除了PXI 平臺，NI PAC 家族的CompactRIO 和Compact FieldPoint 也很適合用于橋梁的結構監測，由于它們更加小巧堅固，成本也更低，近年來(lái)的應用越來(lái)越多。在軟件方面，基于LabVIEW 平臺，NI 提供了聲音與振動(dòng)工具包等一系列開(kāi)發(fā)工具，為土木與結構工程師的工作帶來(lái)便利。

    除了橋梁健康監測以外，類(lèi)似的系統也完全適用于其他一些大型結構項目的健康監測。NI 成熟的多機箱同步解決方案對于大型結構項目的分布式監測，有著(zhù)得天獨厚的優(yōu)勢。

    就像為了身體健康，我們需要定期去體檢一樣，橋梁的健康監測對于預防事故的發(fā)生以及延長(cháng)橋梁壽命有著(zhù)舉足輕重的作用。NI PAC 平臺幫助建筑工程師們高效地搭建了東海大橋和Rion-Antirion 大橋的監測系統，為橋梁健康把脈，從而樹(shù)立了橋梁監測系統的新標準。