巨龙身体里装芯片-南京城建隧桥经营管理有限公司
巨龙身体里装芯片
——记南京长江隧道结构
健康监测系统施工
2005年3月29日，一个历史性的时刻诞生了，因为在这一天，南京长江隧道工程正式开工。南京长江隧道是《南京市城市总体规划》确定的“五桥一隧”过江通道中的重要工程，是南京城建史上的最大手笔,预计2010年竣工通车。届时，一条隧道巨龙将潜卧江底，横贯东西，彻底改变长江南京段目前单一的桥梁过江交通方式，对于进一步加快南京都市圈的形成，缓解过江压力，提升中心城市辐射功能，以及推进沿江开发战略，都具有重要的意义。
今年3月，经过激烈的角逐，我公司有幸承接了这一工程的重要子项—结构健康监测系统工程，成立了南京长江隧道结构健康监测系统项目部。结构健康监测(Structural Health Monitoring，简称SHM ) 指利用现场的无损传感技术, 通过包括结构响应在内的结构系统特性分析, 达到检测结构损伤或退化的目的。通俗地说，就是要给这条隧道巨龙动个小手术，在其体内安装智能芯片，通过监控和分析采集到的变形、应力和环境参数，实时掌握它的健康状况，为及时排除病症提供可靠依据。但是，“说起来容易，做起来难”，巨龙的身体结构及其生存环境是相当复杂的。
面临的挑战
作为世界级的超大隧道、国内外地下标志性工程，南京长江隧道具有工程建设规模大、技术难度高、施工见险大等特点，是极具有挑战性的穿江工程，面临许多世界级技术难题的挑战，首当其冲得是其所处地质、水文条件的特殊性。一是水土压力高（达每平方厘米6.5公斤），居世界同等直径或更大直径盾构工程之最；二是地质条件复
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１.采用光纤光栅传感监测系统
安装在巨龙体内的芯片其实就是传感器设备，可别小看了这些芯片，它们能够将被测量的位移、应变、荷载和温度等参数转化为光、电信号，通过现场光缆、电缆等传输到数据采集处理系统。
本系统工程中，我们应用了光纤光栅传感器的主导产品—FBG传感器，它基于光波长变化的数字测量原理。光纤光栅传感器的波长调制这一传感机制，克服了传统的光、电学传感器的许多弱点，具有很多优点：
①测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和测量仪器老化等因素影响；②测量点相位清晰，能对固定参考点进行长期绝对测量；③能方便地在一根光纤中串接多个FBG传感器，对结构的应变和温度等进行高分辨率和大范围的分布式测量；④使用寿命较长，理论寿命在30年以上；⑤监测设备对环境耐受性好、成活率较高。因此，采用该技术为主的监测传感系统是盾构隧道长期健康监测和状况评估的较好选择。
我们在巨龙体内共设置了光纤光栅、土压力计、渗压计、腐蚀计等各类传感器900余套，光纤光栅解调设备、数字式测读等在线式测读装置12套，分布在各个监测点。传感器设备将巨龙结构的土压力、水压力变化，管片结构内力变化，断面收敛变形等异常情况产生的参数实时转化成光、电信号，传输到数据采集系统，为结构分析和智能决策提供第一手宝贵资料。
2、知识处理应用
知识处理通常是指专家系统，与数据处理相比增加了由基本对象组织起来的事实和规则。在系统软件开发中，我们结合计算机技术、数据处理技术、工业自动控制、结构分析等方面的知识，将专家系统
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（ExPertSystem）和地理信息系统(GIS)结合在一起，形成专家地理信息系统（EGIS）。
系统软件开发包含了五大子系统：仪器控制与预警报警系统、三维有限元分析系统、数字化管养决策系统、隧道结构安全状态评估系统及数据库系统，其具体结构如下图：
数据库系统为其他各系统的后台基础。三维有限元分析系统为隧道结构安全状态评估系统提供有限元模型和参数分析，最后由结构状态分析系统通过蒙特卡罗模拟，功能函数运算，专家人为修订，得出最后的智能决策结果。
数字化管养数据也可以作为隧道健康评价的依据之一。GIS技术在数字化管养决策系统中的应用使得系统功能更加直观，可实现地理图层的显示、切换、缩放、漫游、导航，对检查位置，病害位置进行的图形化显示，通过空间查询获取相关位置病害情况及处置情况，也可通过查询迅速定位病害数据发生的位置，为决策提供依据。
总的说来，系统软件部分以信号处理和建模为基础，以知识处理
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