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(chǎng),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(hào)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(bào)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(shí)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(shí)燒毀附近一所住房和公園的部分設(shè)施，還損壞了一個(gè)價(jià)值26.5萬美元的新建操場(chǎng)。  
 
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(duì)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(bào)道，該傳感器主要用來測(cè)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(gè)關(guān)鍵因素。Hines說：“在極高的溫度下，水泥會(huì)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(cè)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(huì)發(fā)揮水泥最佳的牢固度，而在不合適的溫度下淬水會(huì)導(dǎo)致水泥變得不牢固、容易裂縫，由此帶來安全風(fēng)險(xiǎn)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(bào)告指出，在那之后很短的時(shí)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(shí)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(huì)把水泥溫度傳送到一個(gè)軟件中，程序根據(jù)收到的數(shù)據(jù)提供力度預(yù)測(cè)和熱度曲線圖。根據(jù)這個(gè)圖，建筑工人就可以在水泥固化過程中適時(shí)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(shí)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(chǎng)。
 
根據(jù)美國土木工程師學(xué)會(huì)（American Society of Civil Engineers）的調(diào)查，在2003年，美國超過27%的大橋都被評(píng)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(zhǎng)的公路橋，其中超過5萬座的載荷低于評(píng)定的級(jí)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(dòng)強(qiáng)度很大，工程師們往往需要“花費(fèi)數(shù)個(gè)小時(shí)，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(huì)自動(dòng)提供不間斷的無線監(jiān)測(cè)。它們可以用來監(jiān)測(cè)由于環(huán)境因素導(dǎo)致的溫度變化，也可以監(jiān)測(cè)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(huì)在馬里蘭大學(xué)校園內(nèi)外的一些建筑工地做實(shí)驗(yàn)，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(yàn)階段不會(huì)有什么困難。他說：“這項(xiàng)技術(shù)會(huì)使得水泥成熟度的檢測(cè)更容易、更便宜。”
 
ASR&D公司投入了18個(gè)月的時(shí)間研制這種傳感器。據(jù)悉，每個(gè)傳感器的價(jià)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(gè)傳感器。
 
Hines說，如果I-75號(hào)高速公路在建造時(shí)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?yàn)椤八麄冎恍枰纯磾?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(shí)了解溫度情況，發(fā)生火災(zāi)時(shí)可以準(zhǔn)確地知道建筑中哪個(gè)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(dòng)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(cè)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(huì)研究起重機(jī)、裝載機(jī)等施工設(shè)備的使用是否會(huì)影響傳感器的無線信號(hào)。