英国国家公路管理局(National Highways)正在寻求桥梁潜在缺陷早期无损检测(NDT)技术，推动发展结构的自我监测和维护能力。

　　在任何公路网中的桥梁及结构所面临的最大威胁之一就是钢材的腐蚀，而钢材通常都被包裹在混凝土中。

　　国家公路管理局是一家国有公司，负责规划、改善、管理、运营和维护英国的重要道路网——超过4500英里的高速公路和连接国家并推动经济增长的主要道路。

　　公路管理局认为，未来的桥梁维护应包括结构自身的监测和维护，并需要通过“尖端”技术来实现这一远景。因此，作为“结构探月”（Structures Moonshot）项目中的一项研究，为帮助实现桥梁的自我监测和维护，公路管理局联合阿特金斯公司(Atkins)和雅各布斯公司(Jacobs)，在2023年6月启动了一项竞赛，鼓励应用先进的传感器、成像技术、机器学习算法、人工智能等尖端科技，研发全新的缺陷无损检测技术（NDT），发现潜在的桥梁结构缺陷，防患于未然，解决老化桥梁的使用、管理、维护和安全问题。

　　据国家公路管理局结构部副主任兼“结构探月”项目发起人科林·乔治（Colin George）说：“英国所有的结构都有健全的维护和检查制度，但如果能找到新的方法来尽早发现缺陷，这将彻底改变英国交通网络基础设施中的桥梁维护、安全和效率。”

　　“结构探月”计划的根本目的是最大限度地利用近期快速发展的技术，来应对在管理和维护老化桥梁的安全和使用方面日益严峻的挑战。

　　科林·乔治说：“我们的目标是减少道路网络中计划外的干预次数，这将为道路使用者带来更好的体验，并最终实现传统上由现场人员进行的检查和监测等活动的自动化。同时，我们希望能够找出市场上已有的最佳技术，并尝试开拓性的新想法，甚至是我们可能还没有想到的东西。”

　　胜出的参赛单位将获得一个难得的机会，从已退役的A14亨廷顿铁路高架桥（A14 Huntingdon Railway Viaduct）上进行取样，对其创新成果进行实桥测试。这也将提供一个平台，在这座桥梁被拆除之前向国家公路管理局和更广泛的行业展示技术产品，并验证其结果。测试结果还将帮助参与者优化其维护解决方案的有效性和适用性。测试结果公布于众之后，可以促进整个行业的合作和共同学习。

　　来自Atkins公司的交通运输部技术总监克里斯·蒙代尔（Chris Mundell）表示：“这个独特的项目将使我们对交通基础设施中一些最复杂、最困难的结构的状况有更深入的了解，并将彻底改变国家高速公路监控和管理这些结构状况的方式。”

　　同样，Jacobs公司的无损检测顾问詹姆斯·沃森（James Watson）补充说：“老化的桥梁结构给全世界关键基础设施的所有者及其辐射的周边社区带来了巨大的维护负担。这项研究是测试新兴检测技术潜力的难得机会。通过在技术层面比较不同点，并探索新的和即将推出的方法，研究结果可以改变国家公路管理局英国交通网络基础设施的方式，以提高未来的安全性、弹性和可靠性。”

　　据称，这些钢构件更容易恶化，且很难对内部情况进行检查，通常需要干扰性手段进行评估，导致道路临时封闭，影响交通出行。

　　作为竞赛的一部分，将进行两轮测试。第一轮测试将采用一些成熟的无损检测（NDT）技术，这些技术之前已被项目团队确定用于进一步研究，目前尚未用于国家公路管理局负责管辖的结构中。第二轮测试的重点是之前在可行性研究阶段确定的新兴技术，以及通过竞赛发现的技术。这可能包括使用人工智能和机器学习来最大限度地减少人为干预，并促进自动检查和远程监控。

　　“可以说，这项研究项目进一步加强了英国国家公路管理局在后张法桥梁管理的全球领先地位。”克里斯·蒙代尔说道。

　　有专家称，通过人工智能和机器学习可以为桥梁的自我监控和维护铺平道路。利用机器学习技术评估从资产中获取的数据，将使我们能够以自动方式大规模监测和评估这些结构。其中，卫星图像会持续收集大面积的数据，因此会减轻大规模人工评估这些数据的成本。研究人员正着手开发将卫星监测的数据分析功能，纳入建筑环境资产所有者使用的数字信息模型中，并探索从这些不断增长的大型数据集中提取关键见解的可能性。目标是基于卫星数据，进行更有效的监测和运营维护，提高资产的全生命周期性能和质量。

　　钢筋的腐蚀主要是由氯离子局部破坏钢筋上的钝化层引起的。氯离子来自除冰盐或海洋环境暴露。因此，需要知道通过覆盖混凝土的氯离子剖面与钢筋位置的关系。这有助于确定不同结构元件的腐蚀风险，以及可以采取哪些补救措施来降低这种风险。

　　来自Centura集团的营销总监John Drewett认为：如果能够及早发现风险，那么简单的阻隔涂层可能就足够了，但如果钢筋中已经存在浓度较高的氯离子，那么阴极保护系统可能更合适。管理我们的公路基础设施需要一整套无损检测设备和经验丰富的桥梁检查员，他们知道在哪里寻找以及如何使用设备并解释结果。过多的数据本身就是一个问题。

　　另外，作为基础设施的所有者和运营商，在做出维护策略或投资等决策之前，需要获得有关基础设施状况的准确信息。因此，开发先进的结构监测方法可以促进及早发现可能的结构恶化，延长结构的使用寿命。目前，最先进的技术和解决方案是在给定的时间间隔内评估结构的状况，仅在进行测量时提供快照。在评估时，这种方法的结果受环境条件（例如环境温度）的影响很大。导致桥梁故障的因素有很多，包括自然灾害、碰撞、过载、劣化和疲劳开裂（如果不加以控制，可能会导致倒塌，并可能导致桥梁关闭）。正因如此，一些科研机构的研究重点放在了开发一种独特的传感器，监测钢构件的疲劳裂纹。而这些因素证明了对自主、连续和长期监测系统的迫切需求。