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安靜的藍海市場 | 橋梁健康監測

據2018年交通運輸行業發展統計公報數據顯示,2018年末全國公路橋梁85.15萬座,而據一組2018年數據顯示,我國目前僅有400余座大型橋梁安裝了結構健康監測系統,在橋梁后期的保養和維護方面,大多仍在沿用傳統的監測方法。

我國在役橋梁總體規模龐大,全國橋梁總量也在穩步上升,在2006年~2018年間,平均每年增長2.7萬座,增速為3%。2001年~2018年全國公路橋梁總量統計。

政策預算

按照我國橋梁設計規范,橋梁使用壽命中小橋30年,中橋50年,大橋100年,但由于橋梁建設投入使用后,橋梁承受的環境條件變化、荷載條件變化、人為活動因素、材料性能變異以及自然災害等影響下就會出現各種結構損傷,給出行者生命財產安全帶來巨大的威脅,可能造成巨大經濟損失。因此橋梁監控檢測就變得尤其重要。

國家層面,交通運輸部對橋梁健康監測已有制度要求。

《公路橋梁養護管理工作制度》:對特別重要的特大橋,應建立符合自身特點的養護管理系統和健康監測系統。

多個省份也對橋梁監控檢測提出過明確要求:

天津市市政管理局發布《關于加強市政公路路橋梁設施運行安全管理工作意見的通知 》:“凡新建設的重要(特殊)市政公路橋梁設施,必須同步建設橋梁健康監測系統;在用的重要(特殊)市政公路橋梁設施,要加裝并完善橋梁健康監測系統。”

我國橋梁監控檢測的提出已經有20余年,近年來物聯網、通訊等技術的進步讓橋梁健康監測從效果上也提升看可靠性。

數據存儲與傳輸,技術瓶頸已基本被突破;傳感器方面的精度與長期穩定性已有較大提高;另外監測技術標準的制定和結構評估方法體系完善等工作也得到加強。

投資方面,賽文交通網對近年橋梁健康監測市場進行抽樣,沙埕灣跨海大橋結構安全監測系統建設及服務510萬,虎跳峽金沙江大橋健康監測系統工程812萬,舟山市小干二橋工程健康監測系統設計與實施499萬,金安金沙江大橋結構健康監測系統設計與實施1262萬,北盤江特大橋運營期結構健康監測1329萬……

目前我國橋梁健康監測主要集中針對大橋和特大橋梁,截止2018年末,我國這兩類橋梁的數量約為15萬座,如果按平均每座橋梁健康監測投資為800萬,則存量市場規模約為1200億。

這片尚未充分開拓,即將爆發的藍色海洋有多大不用多做形容了,更何況我們還沒把正在火速鋪設日益增加的高鐵橋梁算在內……

為何如此巨大的市場卻如此的寧靜?

未普及分析

橋梁健康監測的市場空間很大,但門檻很高。

鐵路橋梁的市場較為封閉,屬于鐵總的內部系統循環。所以現今公司的主要業務大都是針對公路橋梁,且大多是地方的中小跨徑橋,逐漸成熟之后便可承接大型橋梁的監測項目。

新晉的入場者需要多方面的協助,比如監測機構獲得甲級資質方可對大型橋梁進行數據評估,來分析橋梁是小修、大修或是翻修;相關合作方都要具備橋梁相關的從業資質,綜合性的東西要求很多;

且該領域技術性要求很高,前期設備購置以及后期運作都需要強大的資金支撐;

尤其是對數據的準確性要求很高,誤差太大或不準確都將帶來嚴重后果;

監測設備的精度、軟件的狀態和運行情況、自身具備的知名度都是需要考慮的因素;

客戶太少,成本太高,急需大規模的資本和社會力量入市來推動行業的發展;

總之,橋梁健康監測系統的普及還面臨著以下問題:

系統本身

1. 健康監測系統與橋梁管理系統未能實現無縫連接。

2. 橋梁健康檢測系統本身的使用壽命難以保證。

研究應用

1. 缺乏有效實用的優化算法,造成測點數量巨大,系統規模過大,導致傳感器布設存工作量巨大,數據量大,信息大量冗余。

2. 缺乏對結構性能改變敏感參數的有效研究。

3. 如何對橋梁進行有損狀態下的疲勞壽命可靠性評估是一個尚未解決的問題。

4. 如何綜合運用橋梁結構局部健康檢測與整體健康監測技術,更好的實現監測數據采集的實時化和自動化,以及如何合理利用監測數據進行橋梁結構健康與安全狀態的綜合評價,是研究的技術難題。

5. 橋梁模態試驗的應用還存在不少問題。

缺乏規范指導

1. 缺乏項目規模和評估方法的統一標準。

2. 缺乏有效的傳感器優化布設評估標準。

3. 缺乏纜索健康的評價標準和指標體系,剩余強度以及工作壽命等研究極為貧乏。

重要性

雖然橋梁健康監測市場仍存在各種問題,但它廣闊的發展前景不容忽視。

我國公路橋梁平均大修年限為30年,個別橋型甚至更短。我國公路橋梁從80年代開始起步加速建設,其中大部分橋梁已達到其大修或重建年限,而且隨著時間增長,將會有一大批橋梁加入老齡化行列,我國橋梁老齡化已在加速到來。

眾所周知,橋梁建設投資大、服役周期長、工作環境惡劣、病害普遍,使用過程存在各種問題,尤其是當橋梁使用十至二十年時,設計和施工時的缺陷將完全暴露出來,同時,因長期使用而累積的結構損傷和疲勞也有危及橋梁基本安全的可能,但是,此時橋梁損傷的外在表征又往往表現不夠明顯,因此最易發生安全事故。

由此我們可以得到一個結論:橋梁監測必不可少。

不可否認,傳統的橋梁監測在歷史中扮演了不可或缺的角色,也預防了很多事故。但我們根據最新的健康監測系統分析出了傳統監測的弊端:

需要大量人力、物力和財力并有諸多檢查盲點;

主觀性強,難于量化;

破壞橋梁結構,缺少整體性;

影響正常交通運行;

周期廠,實時性差。

打鐵還需自身硬,既然傳統方式在各個方面都不如健康監測系統,那么這個市場的春天早晚都會到來。如今各方面的不完善,掩蓋不了這個巨大的市場空間隱隱折射出的光芒。

而今健康監測的市場僅有一兩家企業在砥礪前行,巨大的市場讓他們感覺不到競爭關系的存在。他們需要做的只是不斷的更新自己的技術,以便更好的為橋梁監測系統服務。

發展應用

截至2019年4月,中國高鐵橋梁長度突破1.6萬公里;預計2025年中國高鐵將達到3.8萬公里,2030年將達到4.5萬公里,形成“八縱八橫” 高速鐵路網。鐵路建設市場廣闊,橋梁領域亦大有可為。

我國橋梁行業飛速發展,可在橋梁健康監測領域的研究起步較晚。上世紀90年代起,才陸續在一些大型的控制性橋梁上建立了規模不同的健康監測系統。

而國外在橋梁健康監測領域的研究起步較早。

1982年的美國佛羅里達州的陽光高架橋有一套綜合設備、蘇格蘭的金士頓橋有安全監測系統、英國在總長522米的三跨變高度連續鋼箱梁橋Foyle橋上布設傳感器、90年代時日本、韓國等開始研究并在一些大型橋梁上安裝健康監測系統。

橋梁健康監測系統的設計需遵循“因橋而異、因橋制宜、經濟實用、穩定可靠”的16字原則。

傳感器、信息收集、信息處理和分析和勸評估控制四個子系統通過網絡協調工作。

結語

目前,我國橋梁根據國家標準可進行分級:一二類為健康橋,三四類為帶病橋,五類為危橋。無論哪一類都是需要進行健康監測,由此可見市場之大。

同時,橋梁監測相關的大數據也有非常廣闊的應用空間。

將來,這個藍海的市場什么時候會變成紅海,我們共同期待。

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