虎门大桥又现抖动，却把物联网推向风口？

5月5日，位于广东省的虎门大桥桥面出现肉眼可见的“波浪式起伏”，引发广泛关注。截至5月6日上午11时，涡振仍未停止。经过专家组初步判断，沿桥跨边护栏连续设置1.2米高的水马（挡墙），改变了钢箱梁的气动外形，在特定风环境条件下，产生了桥梁涡振。

而在4月26日，武汉鹦鹉洲大桥也经历了类似的晃动。随后专家研判认为，桥梁异常振动系特定风况引起，振幅在设计允许范围内，桥梁结构运行正常。2010年5月，俄罗斯伏尔加河大桥发生“波浪式起伏”，并发出震耳欲聋的尖锐声。日本东京湾大桥也曾发生过涡振现象，在桥面的汽车上下晃动。

（图片来源：澎湃新闻）

微风也可摧毁一座桥梁

对于此次虎门大桥异常抖动，一开始许多人认为是当时主桥风速过大造成的。但也有当地民众表示“风并不太大”。实际上在历史事件中还真有风不大，但桥晃坍塌的案例发生。最著名的便是美国塔科马海峡大桥在微风中塌陷。

塔科马海峡大桥是位于美国华盛顿州塔科马的悬索桥。1940年,在通车4个月后这座桥梁突然塌陷。据记载,当时的风速并不大，照理这样的风速本应对大桥构不成威胁，但大桥还是戏剧性地被微风摧毁。

这次坍塌被认为是空气动力学和结构分析不严密所致，对后续的桥梁设计和建造产生了深远影响，后来所有的桥梁，无论是整体还是局部,都必须通过严格的数学分析和风洞测试。

虎门大桥异动为涡振现象

广东省交通集团6日凌晨通报称，专家组判断，虎门大桥5日发生振动系桥梁涡振现象，并认为悬索桥结构安全可靠，不会影响虎门大桥后续使用的结构安全和耐久性。那么，涡振究竟是什么？

涡振，全称是涡激振动（vortex induced vibration，VIV），起因是风流过物体截面后，在物体背后产生周期性的漩涡脱落，由此产生对结构的周期性强迫力。

（卡门涡街示意图，图片来源：澎湃新闻）

涡振背后是一种“卡门涡街效应”，由美籍匈牙利裔流体力学大师冯·卡门发现，用于描述空气等流体通过物体后出现涡旋脱落。这些漩涡脱落的频率会桥梁的固有频率形成共振。

桥梁涡振的一大特点是“限幅”，也就是随着风力的增加，振动也只会限制在一个锁定的区间内，不会像塔科马大桥颤振一样越演越烈，短期内相对安全可控，长期需保持监测。

虎门大桥上的物联网监测

如专家所说，短期内桥梁涡振并不影响结构安全，长期上应注意对主梁支座和主缆、吊索的疲劳损伤检测监测。

投资近30亿元的虎门大桥是国家重点工程，是我国第一座真正意义上的大规模现代化悬索桥。它建设规模大，结构新颖，受外界环境影响大，无论是设计还是施工均为国内首次尝试，在我国桥梁史上有特殊的地位。

（图片来源：人民网）

据媒体报道，虎门大桥也的确有一套这样的监测系统，通过对桥的连续位移进行实时监测，了解桥梁结构在各种作用下的实际受力状态和工作状况；同时通过分析监测结果得到结构的振动参数，验证结构的抗风、抗震设计，实现对大跨桥梁安全的实时监测。

业内人士透露，建筑的监测系统维护起来并不容易，一般10年左右软硬件都需要更新，有些项目并不一定能及时置换更新，但像虎门大桥这样的重要枢纽监测系统应该会保持良好运转。

物联网是桥梁建设的保障

像虎门大桥这样利用物联网监测技术，早已不是新鲜事。现代桥梁往往有一套软硬件结合的系统，对桥梁的裂缝、航道、车流量、大桥的环境温度、振动情况、移位情况等进行实时监测预警。

在20世纪80年代中后期，美国开始在一些桥梁上，布设用于检测环境、荷载、震动、局部应力等桥梁各类基本参数的传感器，力图通过数据分析，来寻求一些力学规律。

美国的Sunshine Skyway Bridge上面共计安装500多个传感器，这些传感器，主要用于采集桥梁建设、运营等各阶段的位移、应变和温度变化等，最终人们可以通过这些信息，找到桥体结构和桥体材料，随时间变化的规律。

在国内，包括虎门大桥在内、徐浦大桥、江阴长江等大桥在施工阶段，工程师已经在桥体上，布设了传感器，这些传感器，可以实时监测桥体的各项指标和参数。

香港青马大桥、汲水门大桥和汀九大桥，还曾布设过当时世界上规模最大的实时安全监测系统，系统包括900个各类传感器、9台电脑控制信息收集系统、2台电脑工作站负责信息处理和分析系统。

给桥梁安装各类传感器和采集设备，就像医院给病人戴上24小时监测仪一样，这些传感器和采集设备，会实时将桥梁的结构状况、基础沉降、车辆监测抓拍等各种监测数据，通过互联网存储至云计算数据中心服务器中。

以武汉为例，目前该市约42座桥梁均纳入智慧平台。2017年，拥有众多长江大桥的武汉，已经启动“智慧桥梁”的计划，该计划搭建了武汉市“智慧桥梁”平台，并分两年为三环线内42座中小桥梁“量身订做”长期健康监测系统。

据长江日报报道，中铁大桥科学研究院技术人员，为42座桥梁安装15种类型共计1929个传感器，硬件设备达到25类3053套。主要监测的关键参数，包括结构安全参数监测（如裂缝、位移、温湿度等）；车辆荷载监测（车速、车重、车长等）；沉降、匝道倾覆及滑移等多项监测。

平时，技术人员会到现场，对桥梁外观进行检查，通过手机App上传。工作人员可通过任何一台电脑、手机App进行登录访问，实时掌握42座桥梁的健康状况。

当某座桥梁结构监测指标、或病害发展超过预警值时，工作人员会第一时间收到系统发送的短信、邮件和App消息报警，从而迅速启动应急预案。

此外，系统还会自动生成维修建议，对桥梁进行及时维护，避免安全事故；工作人员也可以通过查阅系统中的监控视频、监测数据，为事后追溯、索赔提供依据。

（图片来源：中国经济网）

再比如，南京长江二桥上安装着200多个传感器，它们全年无休地看护桥梁的健康。在南京市长江大桥及隧道健康检测数据中心，一排大屏幕正实时播放着各座桥梁的图像，下面则是像心电图一样的波纹。

工作人员点开南京二桥结构健康检测系统，屏幕上就会跳出二桥的模拟图，桥身上一个个圆圈闪烁着，这些圆圈都是小盒子。盒子里装的，是提前布设的传感器，波纹表示它在实时捕捉信息。

捕捉的信息通常有：环境信息，比如当时桥上的风速、温度、车辆负载等；结构信息，比如桥面变形情况、斜拉桥的索力等。一旦捕捉到的数据，超过预先设定的数值，系统就会自动报警。假如遇上雨雪天，桥面接近0℃时，系统也会自动报警，来通知管养单位撒融雪剂；夏天超过60℃，系统接收到的指令，则是洒水降温。

此外，混凝土的桥面，常常会出现裂缝，有些裂缝只有在车子经过时才张开，人工巡检很难发现，而分布在桥身的传统传感器，只能捕捉周边0.5米范围内的裂缝。

后来，在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室和东南大学合作，研发出分布式技术，将传感器捕捉范围扩大至2米，目前这一技术已在苏通大桥试用。

写在最后

随着行业标准完善、技术不断进步，以及5G的深度推进，我们感受到物联网应用正在逐步落地，该产业将延续良好的发展势头。融入物联网的基建监测系统未来的市场将会加速扩大，同时，物联网也为当下的新基建浪潮提供新的动力。