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美国:把建筑物安全监控交给传感器(图)

 
在美国密歇根州发生事故的现场,车轴和轮胎高悬,离地面有40多英尺。
 
1月10日早上,美国密歇根州I-75号州际高速公路发生一起化学药品运输车翻车爆炸事故。据报道,一辆装满液体丙烷的运输车在高速路一出口附近突然翻倒,冲向路旁水泥护栏,同时引发剧烈爆炸,车辆被完全炸毁,燃起的大火蔓延几百英尺,同时烧毁附近一所住房和公园的部分设施,还损坏了一个价值26.5万美元的新建操场。
 
由于事故引发了大火,目前,密歇根州警察正在检查高温是否对高速公路的安全性造成了影响。马里兰州的应用传感器研发公司(ASR&D)主席Jacqueline H. Hines表示,该公司和马里兰大学土木工程教授Dimitrios Goulias博士合作研制的无线传感器可以大大辅助这样的工作,帮助警察调查发生爆炸事件公路的稳定性。据英国“工程师”网站报道,该传感器主要用来测量桥梁、公路、大坝等建筑的水泥温度,由此确保建筑的安全。
 
温度是衡量水泥稳定性的一个关键因素。Hines说:“在极高的温度下,水泥会变成沙状,完全失去支撑的作用。如果隧道里或者大桥上发生的车祸引起了火灾或者爆炸,我们的传感器就可以检测出水泥升到了多高的温度。”
 
淬水是水泥固化过程中的一道程序,在合适的温度下淬水会发挥水泥最佳的牢固度,而在不合适的温度下淬水会导致水泥变得不牢固、容易裂缝,由此带来安全风险和昂贵的维修费。比如,2002年,美国弗吉尼亚州切萨皮克湾大桥的重修,有6000万美元花在了一般性维修上,其中包括用水泥重新铺路。不过,有些报告指出,在那之后很短的时间内,新铺好的道路又重新开裂,导致多花费了700万美元的维修费。事后,这些裂缝被证明是水泥固化时温度过低导致的。
 
如果使用这种新型传感器,只需要在浇灌之前把传感器放入水泥中,传感器就会把水泥温度传送到一个软件中,程序根据收到的数据提供力度预测和热度曲线图。根据这个图,建筑工人就可以在水泥固化过程中适时地浇冷水来保证最佳淬水温度,保证水泥的稳固性。
 
除了在水泥浇灌之前就植入建筑中,这种传感器还可以在建筑物翻新时通过钻洞放置其中。
 
虽然还在研制阶段,不过这种技术似乎很有市场。
 
根据美国土木工程师学会(American Society of Civil Engineers)的调查,在2003年,美国超过27%的大桥都被评为结构缺陷或者功能陈旧。
 
联邦高速公路管理局(Federal Highway Administration)从2005年开始的调查表明,美国公路上大约有59.7万座超过20英尺长的公路桥,其中超过5万座的载荷低于评定的级别,另外还有更多的桥梁缺少充足的安全带。
 
Hines表示,目前许多建筑的结构安全检查程序都是人工操作的,劳动强度很大,工程师们往往需要“花费数个小时,甚至是数天在脚手架上爬上爬下”。而ASR&D公司和马里兰大学联合研制的这种无线传感器的寿命至少有30~40年,一旦植入便会自动提供不间断的无线监测。它们可以用来监测由于环境因素导致的温度变化,也可以监测由于事故(如车祸、爆炸)导致的温度变化。
 
联合研究小组将会在马里兰大学校园内外的一些建筑工地做实验,研究传感器在各种水泥中的运行状况。Goulias认为该研究在试验阶段不会有什么困难。他说:“这项技术会使得水泥成熟度的检测更容易、更便宜。”
 
ASR&D公司投入了18个月的时间研制这种传感器。据悉,每个传感器的价格在10~20美元,工程师可以决定一座建筑中需要安装多少个传感器。
 
Hines说,如果I-75号高速公路在建造时就放入了这些传感器,现在,检查人员就可以立刻知道公路是否安全,因为“他们只需要看看数据就行”。她表示,在任何植入了传感器的建筑中都可以随时了解温度情况,发生火灾时可以准确地知道建筑中哪个部分的水泥已经达到了确保结构安全的极限温度。不过,传感器只能告诉人们一座建筑物是否受损,并不能指出究竟受损到什么程度。
 
当然,温度并不是判断水泥成熟度的唯一指标,其他指标也很重要,如钢的腐蚀度、振动和交通负荷。据介绍,Goulias和ASR&D正在研制其他类型的传感器监测这些因素,也在研究同其他传感器技术的无线接口。另外,他们还会研究起重机、装载机等施工设备的使用是否会影响传感器的无线信号。

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