位于南沙资讯科技园的香港科技大学霍英东研究院内，高民和他的团队正盯着实验室的一块屏幕观察。屏幕内显示的内容，是一座大桥的实时“心电图”数据。高民的身份不是医生，而是香港科技大学霍英东研究院物联网研发部总监。“心电图”数据来自距离实验室40余公里的番禺大桥，发射源则是大桥桥梁上24个比蛋挞还小的黑色模块——传感器。

　　这些专业名称为新型水泥基复合材料压电传感器的模块，就像听诊器一样，能够收集桥梁的钢筋混凝土结构在承受外力时释放出来的应力波，并通过装在桥上的无线网关将数据传送到后台，形成波谱图。“桥梁长期承受外部压力，尤其是重型货车碾压，内部结构的劳损不易被发现，我们的项目就是要通过桥梁释放应力波的频谱变化，实现对大桥安全性的可视化监测。”高民称，这种传感器能监测到人工现场无法发现的裂缝。

　　将桥梁内部结构变化从数据转换成图形

　　“2007年的佛山南海九江大桥事件，运砂船撞击是导致发生桥面坍塌的主要原因，但不排除在撞击之前，桥梁内部就已经存在因为长期承受压力而导致的损害。”高民介绍称，目前业界对大桥安全性的监测主要有两种：一种是人工检视，另一种是高精度GPS定位。

　　“人工检视是最普遍的方式，靠人眼检查，使用X光或超声波探伤、探缝，相当程度上是凭借经验，局限性很大。”高民称，GPS定位的方法并未普遍使用，“虎门大桥使用过这种技术，主要是通过差分仪做参照，监测桥梁关键结构的位移情况，比如遭遇地震时是否有歪斜，无法监测桥梁结构内部的损害情况。因此，桥梁安全的监测亟需一种可以检测材料早期恶化的创新、合理、高效的无损检测技术。”

　　据高民介绍，桥上通行的汽车、桥下水流和吹过的强风都会对桥梁结构产生力的作用，当受力超过其承受能力时就会对桥梁造成损害，同时释放出应力波。“我们研发的传感器就是通过捕捉桥梁水泥结构释放的应力波，传回后台进行分析，实现对桥梁安全进行精细化判断和预警。”高民表示，这项技术将桥梁内部结构的变化从数据转换成图形，实现可视化。

　　人眼看不到的裂缝会通过应力波波频反映出来

　　2014年9月，高民和他的团队获准将这套系统安装到番禺大桥上。“由于大桥已经建成并使用十余年，传感器无法埋到混凝土结构中，只能附在桥梁上。”高民介绍称，他们一共安装了24个传感器和6个网关。这些传感器通过番禺大桥上的电源进行充电。

　　单单依靠水泥基复合材料压电传感器，还无法实现对桥梁应力波的监测。高民和他的团队研发的监测系统，是将新型水泥基复合材料压电传感器与物联网技术结合，形成一个数据收集、转化、传输的系统。传感器由一个模块和一个节点组成，模块功能为收集应力波，节点将力信号转换成电学信号，然后通过网关将电学信号传回终端。高民表示：“这种传感器测不到桥梁承受多大的压力，但如果压力对桥梁造成损害，哪怕是细微的裂缝，人眼发现不了，传感器也能通过应力波波频反映出来。”

　　在香港科技大学霍英东研究院物联网研发部，实验室里显眼的位置摆放着混凝土搅拌机和水泥。“我们会经常做实验，自己制作水泥块，然后进行敲击、压折等试验，通过传感器对这个过程中水泥块释放的应力波进行监测。”高民介绍称，“通过机械对水泥块进行压折的过程中，我们发现波谱图上，裂缝出现时的应力波频率明显高于其他频段。”

　　技术处于中试阶段有望应用在其他建筑物

　　高民表示，他曾经去找过港珠澳大桥项目部，希望能将传感器安装到正在施工的大桥中，但遭到拒绝，“像港珠澳大桥这样的大型工程，可能出于风险控制考虑，不太愿意第一个吃螃蟹。”高民介绍，就一个科研成果从研发到应用整个流程来说，这项技术尚处于中试阶段，产品已经研发出来了，探测传感器、建网传递数据这两部已经完成，现在要进行建模和数据分析。

　　“在番禺大桥上试验快两年时间，后台已经收集到非常多的数据，但并非所有数据都有价值，也需要对数据进行分析。”高民称，“比如说，虽然我们在实验室进行很多次试验，但从番禺大桥上测得的数据，其中某一个峰值出现，究竟是这座大桥已经很危险了，还是仅仅出现一个小裂缝，需要对大量数据进行建模分析。”

　　高民相信，一旦建立了模型，这项技术就真的成为一项能够对大桥进行健康监测的诊疗技术。“监测部门工作人员坐在电脑前就能够看到大桥的‘心电图’，有裂缝或严重损害出现，会第一时间在屏幕上显示。”高民称，“这项技术同样可以推广应用在其他建筑物。”

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