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导 读
昨天（5 月 5 日）下午 14 时左右，虎门大桥悬索桥桥面发生明显振动，严重影响行车舒适性和交通安全，大桥管理部门迅速启动应急预案，联合交警部门及时采取了双向交通管制措施。桥梁“连连塌”一直以来严重影响社会安定和人民的生命财产安全，为了应对当下桥梁等基础设施中存在的问题，减少甚至杜绝此类悲剧的发生，专家们除了在认真调查后吸取教训外，其实也正在运用一些科技手段来防止法律之外的原因造成的重大安全问题和财产损失。
五一小长假结束了，从 5 月 6 日的凌晨开始，全国高速路口也相继关闭免费通道，开始正常收取高速费用了。
除了奔走在复工路上的人们怀揣着激动地心，享受着最后一天的高速免费体验卡外，位于广东省珠江狮子洋之上，连接广州市南沙区与东莞市虎门镇的虎门大桥，在 5 月 5 日下午突然也“满心激动”起来，而这“惊魂一幕”也让无数人把心提到了嗓子眼。
有网友拍到的视频显示，下午 14:00 左右，近 5 千米的虎门大桥桥面出现了幅度明显的“抖动”，像是波浪一样，桥中间的隔离带上的指示牌也随之上下摇动。甚至时至今日凌晨，依然能检测到桥面的震动。
情况发生后不少网友纷纷反映，“行车到虎门大桥桥面上有‘爆胎’的感觉”“感觉桥面波澜起伏，像坐船一样，感觉有点‘晕船’”“虎门大桥摇得人头晕，太恐怖了”……
由于桥面振幅过大，影响行车的安全和舒适性，大桥管理部门迅速启动应急预案，联合交警部门及时采取了双向交通管制措施。新华社报道，国内桥梁相关领域的专家也第一时间奔赴现场进行考察，12 位国内知名桥梁专家连夜开会研判，给出权威解答：
虎门大桥悬索桥本次震动的主要原因是，由于沿桥跨护栏连续设置水马（挡墙），改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生的桥梁涡振现象。
大跨径悬索桥在较低风速下存在涡振现象，震动幅度较小且不易察觉，仅在特殊条件下会产生较大振幅，不会影响桥梁结构安全，但会影响行车的体验感和舒适性，易引发交通安全事故。
而根据现有对虎门大桥掌握的数据和观测到的现象分析来看，此次虎门大桥悬索桥“抖动”并未使其桥梁主体结构受损，也不会影响虎门大桥悬索桥后续使用的结构安全和耐久性。
不过，虽说“虎门大桥抖动”是虚惊一场，却也又给我们敲响了警钟。近年来，大桥坍塌的事件层出不穷，给人民的生命和财产都造成了巨大的威胁，导致了不少家庭支离破碎的悲剧发生。
无独有偶，在不久前的 4 月 26 日，武汉鹦鹉洲长江大桥桥体也出现了类似波浪般的晃动。
时间线再往前移，去年 10 月 10 日国庆小长假刚刚结束后不久，312 国道上海方向 K135 处、锡港路上跨桥出现了桥面侧翻。从附近车辆的行车记录仪拍下的视频来看，画面现场触目惊心。根据江苏省交通运输厅官方微博转发的消息来看，事故发生的诱因可能来自一辆严重超载的货车，最终导致桥梁主体负荷过重出现坍塌。
而本次事件的主角——虎门大桥自 1992 年建设，1997 年通车，在长达 23 年的运营时间里一直都处于超负荷状态。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，饱和度达到了 2.1。在如此“重压”之下，很难保证有一天虎门大桥上是否也会像无锡高架桥上，出现那“压垮骆驼的最后一根稻草”。
为了应对当下桥梁等基础设施中存在的问题，减少甚至杜绝此类悲剧的发生，专家们除了在认真调查后吸取教训外，其实也正在运用一些科技手段来防止法律之外的原因造成的重大安全问题和财产损失。
2014 年我国建成的“新世界七大奇迹之一”——港珠澳大桥，它不完全是一座简单的物理世界中的奇观，它也是一座信息化、数字化、智能化的大桥。港珠澳大桥的承建方不仅包括了传统基建方面的施工集团，还有像中国铁塔这样的通信公司。
在今年年初，中央再次着重提出“新基建”的概念，新老基建的融合让物联网等技术在老基建的试点应用中逐渐走向规模化运用又一次迎来“春风”。
物联网在桥梁监测中的应用
上述文中提到了过重的超载行驶以及特殊的天气都会对桥梁本身产生影响，而除此之外，设计施工不合理、自然灾害、桥梁本身的病害以及其他的认为活动都有可能造成桥梁坍塌的悲剧产生。
而将新基建的“力量”融合进老基建中，运用物联网等技术的能力来保障“老基础设施”的安全性则大有可为。比如在传统桥梁中面临的人力成本、知识储备、实时监测等问题，会随着增加几个普通的传感器，布设并利用 NB-IoT、4G 网络进行信息传输而得到解决。像“南方澳大桥 21 年未做独立监测”的想象也有可能杜绝。
场景一：应对货车超载
在高架桥两端加装路面压力传感器，通过物联网进行车辆载重和类型识别，和摄像头联接获取违规车辆的车牌信息，在进行分级实时告警的同时，还可以统计路面总体载荷。
案例：
目前，交通设施智能管理平台已在上海投入试运营。今后超载货运车一旦违规驶上高架桥梁，桥上埋设的线圈会自动感知微小受力变化，同步向智能管理平台报警。据相关工程技术专家介绍，以前高架桥梁对重车的监控大都是人工观察，今后可以通过在道路内植入带有信号发射功能的传感器，实时监测每一座设施的荷载和运作状况。一旦有超过该桥梁负荷的卡车出现，传感器能及时感应并向监控平台自动报警，工作人员上报信息，由执法者对违规卡车进行及时处理。目前，这项技术已经在松江辰塔大桥试运作。
场景二：对桥梁健康状况进行日常监测
在大桥中植入若干个不同种类的传感设备，另设立汇集节点 / 网关和实时监测平台，利用低功耗广域网等技术无线传输监测数据并发送数据至汇集节点，再将数据传入平台层进行储存、处理与分析，并根据分析结果及时采取应对措施，比如当桥梁极限承载力损失严重时，考虑将其拆除。
案例：
在武汉市，中铁大桥科学研究院的技术人员为 42 座桥梁安装 15 种、共 1929 个传感器，硬件设备更是达到了 25 类、共 3053 套。技术人员将通过这些传感器和硬件设备对桥梁的结构安全（即应变、裂缝、位移、挠度、倾角、温湿度）、车辆荷载（即车型、车速、车重、轴重、车长）、独柱墩匝道倾覆及滑移（即应变、位移、倾角）、沉降及桥面线形（即挠度、GPS）等关键参数进行监测。桥梁的结构状况、基础沉降、车辆监测抓拍等各种监测数据将实时地通过互联网存储至云计算数据中心服务器中，从而实现“一桥一档”电子化户籍式管理。
其次，技术人员还会到现场对桥梁外观进行检查，并将检查结果通过手机 APP 上传。各级管理人员或技术人员可以通过任何一台电脑的浏览器或手机 APP 进行登录访问，实时掌握这 42 座桥梁的健康状况，有助于技术人员及时处理突发事件、及时修复病害桥梁、确保桥梁运营安全。
另外，“智慧桥梁”系统还能自动生成维修建议，并通过查阅系统中的监控视频、检测数据，为事后追溯、索赔提供依据。
场景三：对结构进行监测
这一点其实在虎门大桥的检测中也有体现，虎门大桥是中国第一座大型悬索桥。根据资料显示，虎门大桥在设计之初就加入了 GPS 位移、应变实时、长期形变、超限超载等检测系统，以便实时获取桥梁在各种情况下的受力能力、状态参数、抗震性能等信息，保证桥梁的安全。
当然，物联网技术也不只运用于桥梁，目前中国正处于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。前期的设计、施工并不能确定结构物是否正常运营，必将需要一种更实时、快捷的方式对运营状态进行全面的精细化监测，尤其是对已经服役多年的老旧结构物。
专注于物联网结构监测领域的浩坤科技曾经总结过结构监测的市场现状，见下图：
物联网智库之前也曾报道过，以 LoRa 为代表的低功耗广域网络具有的超低功耗、更广覆盖、超大连接、低成本、高穿透等特点不仅能满足不同结构物在各种复杂环境下的大连接、高穿透等的监测需求，而且能为其提供精细化监测解决方案，如以下四方面优势：
1. 高穿透性、远距离、低功耗
由上图可以看出 LoRa 高达 157db 的链路预算使其通信距离可达 15 公里，且穿透性极强。其接收电流仅 10mA，睡眠电流 200nA，这大大提高了电池的使用寿命。高穿透性、远距离传输的特点解决了桥梁、隧道等内部震动监测信号在穿透多层混凝土结构或者岩壁后变弱的问题。低功耗的特点在提高设备持续长久安全监测稳定性之外，也减少了设备维护和结构巡检次数，从而提高了安全效率，降低了人力成本。
2. 基于该技术的智能网关支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大
网关是节点与 IP 网络之间的桥梁。每个网关每天可以处理 500 万次各节点之间的通信（假设每次发送 10Bytes，网络占用率 10%）。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率 20dBm（100mW），那么在建筑密集的城市环境可以覆盖 2 公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达 10 公里。这种大范围的覆盖对于隧道、桥梁等远距离，多节点的监测尤为重要。
3. 基于终端和网关的系统可以支持测距和定位
LoRa 对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的 RSSI（Received Signal Sterngth Ind-ication），而定位则基于多点（网关）对一点（节点）的空中传输时间差的测量。其定位精度可达 5m（假设 10km 的范围）。从而保障监测数据的精准性。
4. 低成本、易于部署
LoRa 是基于非授权频谱的技术，基础设施和节点（终端）部署成本低，能为结构监测大规模的应用降低大量成本。LoRa 网络技术可以满足行业客户协议细节调整的需求，可快速帮助客户低成本地建设局域网以实现业务运营，同时不仅能适应分散性应用需求，还能很好地满足行业性应用需求。
虎门大桥悬索桥此次的“抖动”不可谓不适时，今年大事尤多，一系列的事件也让我们渐渐感受到科技的重要性。此次虎门大桥“虎躯一震”再次为我们敲响了警钟，在新基建火热进行的大背景下，希望新老基建融合带给我们更加安全、便捷、经济、高效的生活体验，也少些对这类事件的担惊受怕。
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