浅议现代监测技术在古桥保护中的应用研究

摘要：对古桥运用现代结构健康监测技术，包括三维激光扫描技术和雷达扫描技术，建立典型古桥的结构健康实时监测与定期检测系统，旨在实时监控古桥的运营状况，通过监测与检测的结合对结构的健康状况进行全面评估。

关键词：三维激光扫描；古桥；保护

中图分类号：U415.1 文献标识码：A 文章编号：1673-8500（2012）12-0059-01

浙江地区存在较多有特色的古代石拱桥，保存至今众多的历代古桥是一份丰厚的历史文化遗产。古桥具有桥梁科技、桥梁艺术、桥梁美学、桥梁文学、桥梁经济学、桥梁社会学等丰富的文化内涵。这些古桥作为特殊的文化信息载体，延续了历史文脉，是人类文明的重要标志，对它们的继承和保护是当代义不容辞的责任。然而由于当前经济快速发展以及城市现代化建设的加速，使得许多古桥受到了不同程度的变形和破坏，例如古桥的衰变、植被入侵，以及被用于临近建筑物的建筑材料等，种种迹象表明，我国的历史文化遗产保护面临着严峻的形势，因此如何利用现代科技来保护这种文物价值已经是刻不容缓的问题。因此对地区典型的古桥运用现代结构健康监测技术，包括三维激光扫描技术和雷达扫描技术，建立典型古桥的结构健康实时监测与定期检测系统，旨在实时监控古桥的运营状况，通过监测与检测的结合对结构的健康状况进行全面评估。

有部分古代桥梁已列入市县的重点文物保护，部分还未列入保护对象，还承担者沟通两岸的桥梁作用，还有一部分桥梁，随着城市范围的不断扩大，新建城市道路及公路的延伸，正逐渐遭到拆除和毁损，原有的古桥管理模式已越来越不适应现代化的桥梁管理理念。因此，采用现代化的管理思想和先进的信息处理手段，进行古桥的系统管理非常必要，并具有重要的理论意义和实用价值。在研究调查中发现，古桥的管理工作还相对落后，具体体现在以下几个方面：

（1）古桥管理还停留在使用桥梁信息卡上，与信息时代的要求不相适应；

（2）古桥检查的仪器设备相对缺乏，技术相对落后；

（3）古桥的档案管理缺乏规范化，现有古桥在分类管理、信息查询十分不方便；

（4）古桥的实际使用及现状比较模糊，对可能存在的某些隐患未知。

桥梁管理系统（Bridge　Management　System，简称BMS）是最近十多年来出现在国内桥梁工程界的一个新的领域，它涉及桥梁工程学、系统工程学、管理学、统计学、计算机学等多种学科，是跨学科、跨领域的系统工程。

管理信息系统在桥梁管理中的实际应用始于上世纪六十年代末，三十多年来桥梁管理系统在许多发达国家得到研制和应用。目前已有基础数据及管理系统、桥梁评价和指标体系、决策预测模型及专家系统等，并且已经由一般单项数据处理发展到多数据、多知识的综合处理，由单机发展到多机连网。欧美许多国家根据各自的桥梁管理规范、检测准则，定期对桥梁进行检测，收集数据并输入计算机数据库，进而对桥梁的健康状态做出评定，并以此作为制定桥梁养护维修计划和投资决策的依据。

地理信息系统（Geographic　Information　System，简称GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。它具有以下三个方面的特征：

（1）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力；

（2）以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息；

（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。计算机系统的支持是GIS的重要特征，使GIS能够快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。

由于GIS管理地理信息的强大功能和桥梁管理系统要实现的对桥梁养护、维修和加固的管理目标，以及现代社会对桥梁管理系统智能化决策功能的迫切需要，GIS技术运用到BMS中去，已经成为必须和必然。基于GIS技术的BMS除具有传统BMS的功能外，还充分发挥了GIS的真正内涵：空间分析和决策功能，将GIS对地理信息数据的采集、存储、编辑、分析应用到桥梁管理系统中。

在现有技术条件下，学习国外先进经验，运用三维激光扫描技术及雷达探测仪获取古桥桥体监测数据，从而实现对古桥变形进行实时监测和保护。同时，利用现代无损检测技术，在不影响结构性能的前提下，为古桥桥体的保护实行及时预警。并且为市政园林、文物及交通管理部门，开发一套能够满足古桥健康监测与管理的数字化管理系统，为古桥的查询及养护、保护等提供决策依据。

具体研究方案如下：

（1）应用三维激光扫描技术对古桥桥体进行几何数据的收集，针对古桥桥体实际状况采用三维扫描仪分站对桥体进行大面积的扫描。

（2）应用雷达探测仪对古桥桥体的内部结构进行研究。由于三维激光扫描仪获取的是古桥桥体几何形状的相关信息，而且数据庞大，不易提取，因此结合雷达探测仪来测量古桥的内部结构，由雷达天线在古桥桥体表面向内部发射雷达波（电磁波）。部分雷达波在桥体表面被反射，形成表面反射波，其余部分进入桥体内部，形成入射波。当桥体内部存在缺陷（空洞、蜂窝体等）时，由于不同物质的电性质（介电常数、导电率）　不同，形成界面，入射雷达波在界面上发生反射，形成内部反射波。内部反射波由雷达天线接收，从而获取桥体内部的详细的数据信息。

（3）提取模型。应用三维激光扫描仪和雷达探测仪对古桥进行测量，从而获得体现古桥几何特征和内部结构的典型数据，基于这些基础数据，建立桥体结构模型，进行模态分析，从而对古桥桥体的表面及内部结构有一个细致而全面的了解，以便于对古桥实行动态监测和保护。

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