水下工程结构健康监测技术的研究与应用

水下工程结构健康监测技术的研究与应用

陈晓辉

上海友吉水下工程有限公司200000

摘要：随着科技的发展和人们对海洋资源的日益挖掘，水下工程结构健康监测技术的重要性日益凸显这种技术主要关注水下工程结构，如桥梁、码头、管线等，它们安全性直接关系到人们的生命安全和巨大的经济利益。然而，由于海洋环境的极端和复杂，使得水下工程结构的健康监测困难重重。特别是结构的长期运行、海洋环境的腐蚀、生物附着等因素，给健康监测带来了很大挑战。本文就水下工程结构健康监测技术的研究与应用展开探讨。

关键词：水下工程；结构；健康监测技术；应用

引言：

随着先进技术，例如机器学习、物联网和大数据技术的兴起，水下工程结构健康监测正迈向更为智能、高效和准确的新阶段。特别是，现代传感技术、无人潜水器、高精度声纳系统等，在提高监测精度、降低监测难度和提高工作效率方面起关键作用。这不仅能有效降低监测成本，而且能够极大提高监测的实时性和准确性。

一、水下工程结构健康监测技术应用的必要性

首先，对于保证工程的安全稳定性来说，健康监测技术具有至关重要的作用。水下工程结构在施工过程中或者运营阶段，可能会面临各种不可预知的风险如土质问题、地震、水流冲击、腐蚀等，这些因素都可能影响水下工程结构的稳定性，甚至会引发结构损伤或灾害事故。利用健康监测技术，我们可以实时了解水下工程结构的状况，有效评估工程结构的受力情况和结构变异，防止小问题演变成严重的安全事故。因此，为了保障工程的稳定运行和人民群众的生命财产安全，健康监测技术无疑是十分必要的。

其次，工程健康监测技术在提升工程的效率和益处方面，也有着不可或缺的影响。监测技术可以帮助施工人员在早期发现潜在的问题和风险，修先于险，有利于降低施工难度，减少不必要的人力和物力投入，更好地规划和调整施工计划。另外，通过对工程结构进行长期和全面的安全监测，可以有效延长工程寿命，减少维修和更换的频率和成本，提高工程利用率和资产价值[1]。

最后，健康监测技术在提升人类生活质量、交通便利程度以及环保方面也发挥了至关重要的作用。现代社会中，各种类型的桥梁、隧道等水下结构日益成为城市交通网络的重要组成部分，其运营状况直接影响着城市居民的出行方便程度和生活质量。为了防止诸如坍塌、瘫痪等意外情况的发生，定期对其进行健康监测检查是十分必要的。另外，水下工程也是生态环境的一部分，其建设和运营会对周围环境产生影响。健康监测技术可以帮助我们及时了解并评估这些影响，找到最佳的工程方案来降低环境影响，同时也能够监控工程造成的环境问题，并积极进行修复和干预。因此，工程健康监测技术在这些方面表现出极大的必要性。

二、 水下工程结构健康监测技术的研究与应用

（一）智能传感器技术的应用

水下工程结构健康监测的关键在于实时获取结构的数据以评估其健康状态。这就需要依赖智能传感器技术。智能传感器可以被布置在水下工程结构的关键部位，实时地监测结构的应力、变形、震动等参数。通过不同类型的传感器，比如压力传感器、应变传感器、加速度传感器等，可以全面地捕获结构的工作状态并刻画其健康状况。此外，随着物联网技术的发展，这些传感器可以互相连接形成网络，实现对整个结构的全面监测和数据传输，为结构健康监测提供更为准确、及时的数据支持[2]。

（二）大数据与人工智能分析应用：

水下工程结构健康监测是一个复杂而扑朔迷离的过程，所产生的数据量巨大、类型复杂、变化多样。传统的处理方法往往在数据量太大时显得力不从心，无法高效、准确地从复杂的数据中提取出有效信息，这对我们维护和管理水下工程结构带来了巨大的挑战。大数据提供了一种全新的思维方式和方法，可以让我们从数据的角度去理解和解决问题。通过收集和汇总大量的水下工程结构健康监测数据，我们可以洞察其中的规律和趋势，进而为我们的决策提供科学的依据。例如，我们可以通过分析这些数据，识别出工程结构的薄弱环节，然后针对这些环节进行优化和改进，从而提高工程的整体性能和稳定性。人工智能技术的发展更是为我们提供了强大的工具和可能。通过深度学习、数据挖掘等人工智能算法，我们可以让计算机自行学习和理解数据，自动从中提取出有效信息。这不仅可以极大提高我们处理数据的效率，而且还可以提高信息提取的准确性。例如，我们可以通过人工智能算法对水下工程结构的图像数据进行深度学习，从而实现自动识别和定位程结构的异常行为和问题病灶。这样的技术将极大地降低了对人工专家经验的依赖，同时避免了人为误判的概率[3]。

（三）虚拟现实与增强现实技术的应用：

 虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术在各个领域的应用已经引起了泛的关注，特别是在水下工程结构的健康监测中，其应用不仅有助于我们更直观地了解水下结构，而且也具有极高的经济价值。就虚拟现实技术来说，它能够构建出真实世界中无法复制的环境，为工程师带来极其真实的用户体验。通过拟现实技术，工程师可以得到仿真环境中水下结构的详细数据，包括但不限于压力、温度，还可以了解到物理条件、流动状况等等信息。这些原本难以获取的信息，通过VR技术得以清晰呈现，极大提升了水下工程方案的研发和优化效率。虚拟现实技术还对海底结构的研究提供了很大的便利。例如，若要学习鲨鱼等海底生物生活的环境，可以借助VR技术重现该环境，并通过观察和分析获得更深入的理解。增强现实技术结合了实际环境和虚拟信息，使得用户可以在实际环境中看到虚拟的信息，极大地丰富了工程师对于实际环境的感知。具体到水下工程，增强现实技术可以将实时监测的数据投影到实际环境中，这样便于工程师直观地细化分析结构的健康状况，并及时给出相应的决策。以此，工程师能根据实时反馈的数据，来提前预防可能的问题，降低维修成本和维护风险。

结束语：

水下工程健康监测技术的发展，关系到人类海洋活动的安全和效率。这需要我们不断汲取落后，在技术研发和应用方面不断探索和创新。未来，随着高级监测技术的普及和应用，以及数据处理算法的不断提升，水下工程结构健康监测将更加全面、深入、有效地进行。

参考文献：

[1]付垚,韩健勇,李涛等. 水下工程勘探对已建水库水体质量及库底渗流场影响研究 [J]. 水利水电技术(中英文), 2023, 54 (10): 83-95.

[2]金瑞健,王永成. 深水多功能水下工程作业船结构设计 [J]. 船舶设计通讯, 2016, (02): 43-53.

[3]程显皓,骆承树. 三维成像声纳在水下工程中的应用研究 [J]. 科技创新与应用, 2016, (06): 300.