美國：把建筑物安全監(jiān)控交給傳感器

            在美國密歇根州發(fā)生事故的現(xiàn)場,車軸和輪胎高懸，離地面有40多英尺。
 
1月10日早上，美國密歇根州I-75號州際高速公路發(fā)生一起化學(xué)藥品運(yùn)輸車翻車爆炸事故。據(jù)報道，一輛裝滿液體丙烷的運(yùn)輸車在高速路一出口附近突然翻倒，沖向路旁水泥護(hù)欄，同時引發(fā)劇烈爆炸，車輛被完全炸毀，燃起的大火蔓延幾百英尺，同時燒毀附近一所住房和公園的部分設(shè)施，還損壞了一個價值26.5萬美元的新建操場。  
 
由于事故引發(fā)了大火，目前，密歇根州警察正在檢查高溫是否對高速公路的安全性造成了影響。馬里蘭州的應(yīng)用傳感器研發(fā)公司（ASR&D）主席Jacqueline H. Hines表示，該公司和馬里蘭大學(xué)土木工程教授Dimitrios Goulias博士合作研制的無線傳感器可以大大輔助這樣的工作，幫助警察調(diào)查發(fā)生爆炸事件公路的穩(wěn)定性。據(jù)英國“工程師”網(wǎng)站報道，該傳感器主要用來測量橋梁、公路、大壩等建筑的水泥溫度，由此確保建筑的安全。
 
溫度是衡量水泥穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵因素。Hines說：“在極高的溫度下，水泥會變成沙狀，完全失去支撐的作用。如果隧道里或者大橋上發(fā)生的車禍引起了火災(zāi)或者爆炸，我們的傳感器就可以檢測出水泥升到了多高的溫度。”
 
淬水是水泥固化過程中的一道程序，在合適的溫度下淬水會發(fā)揮水泥最佳的牢固度，而在不合適的溫度下淬水會導(dǎo)致水泥變得不牢固、容易裂縫，由此帶來安全風(fēng)險和昂貴的維修費(fèi)。比如，2002年，美國弗吉尼亞州切薩皮克灣大橋的重修，有6000萬美元花在了一般性維修上，其中包括用水泥重新鋪路。不過，有些報告指出，在那之后很短的時間內(nèi)，新鋪好的道路又重新開裂，導(dǎo)致多花費(fèi)了700萬美元的維修費(fèi)。事后，這些裂縫被證明是水泥固化時溫度過低導(dǎo)致的。
 
如果使用這種新型傳感器，只需要在澆灌之前把傳感器放入水泥中，傳感器就會把水泥溫度傳送到一個軟件中，程序根據(jù)收到的數(shù)據(jù)提供力度預(yù)測和熱度曲線圖。根據(jù)這個圖，建筑工人就可以在水泥固化過程中適時地澆冷水來保證最佳淬水溫度，保證水泥的穩(wěn)固性。
 
除了在水泥澆灌之前就植入建筑中，這種傳感器還可以在建筑物翻新時通過鉆洞放置其中。
 
雖然還在研制階段，不過這種技術(shù)似乎很有市場。
 
根據(jù)美國土木工程師學(xué)會（American Society of Civil Engineers）的調(diào)查，在2003年，美國超過27%的大橋都被評為結(jié)構(gòu)缺陷或者功能陳舊。
 
聯(lián)邦高速公路管理局（Federal Highway Administration）從2005年開始的調(diào)查表明，美國公路上大約有59.7萬座超過20英尺長的公路橋，其中超過5萬座的載荷低于評定的級別，另外還有更多的橋梁缺少充足的安全帶。
 
Hines表示，目前許多建筑的結(jié)構(gòu)安全檢查程序都是人工操作的，勞動強(qiáng)度很大，工程師們往往需要“花費(fèi)數(shù)個小時，甚至是數(shù)天在腳手架上爬上爬下”。而ASR&D公司和馬里蘭大學(xué)聯(lián)合研制的這種無線傳感器的壽命至少有30~40年，一旦植入便會自動提供不間斷的無線監(jiān)測。它們可以用來監(jiān)測由于環(huán)境因素導(dǎo)致的溫度變化，也可以監(jiān)測由于事故（如車禍、爆炸）導(dǎo)致的溫度變化。
 
聯(lián)合研究小組將會在馬里蘭大學(xué)校園內(nèi)外的一些建筑工地做實驗，研究傳感器在各種水泥中的運(yùn)行狀況。Goulias認(rèn)為該研究在試驗階段不會有什么困難。他說：“這項技術(shù)會使得水泥成熟度的檢測更容易、更便宜。”
 
ASR&D公司投入了18個月的時間研制這種傳感器。據(jù)悉，每個傳感器的價格在10~20美元，工程師可以決定一座建筑中需要安裝多少個傳感器。
 
Hines說，如果I-75號高速公路在建造時就放入了這些傳感器，現(xiàn)在，檢查人員就可以立刻知道公路是否安全，因為“他們只需要看看數(shù)據(jù)就行”。她表示，在任何植入了傳感器的建筑中都可以隨時了解溫度情況，發(fā)生火災(zāi)時可以準(zhǔn)確地知道建筑中哪個部分的水泥已經(jīng)達(dá)到了確保結(jié)構(gòu)安全的極限溫度。不過，傳感器只能告訴人們一座建筑物是否受損，并不能指出究竟受損到什么程度。
 
當(dāng)然，溫度并不是判斷水泥成熟度的唯一指標(biāo)，其他指標(biāo)也很重要，如鋼的腐蝕度、振動和交通負(fù)荷。據(jù)介紹，Goulias和ASR&D正在研制其他類型的傳感器監(jiān)測這些因素，也在研究同其他傳感器技術(shù)的無線接口。另外，他們還會研究起重機(jī)、裝載機(jī)等施工設(shè)備的使用是否會影響傳感器的無線信號。