DB

山東省工程建設標準

DB37/Txxxx-2024Jxxxxx-2024

橋梁與隧道結構分布式光纖

監(jiān)測系統(tǒng)技術標準

Technicalspecificationfordistributedopticalfiber

monitoringsystemofbridgeandtunnelengineering

（征求意見稿）

xxxx-xx-xx發(fā)布xxxx-xx-xx實施

山東省住房和城鄉(xiāng)建設廳

聯(lián)合發(fā)布

山東省市場監(jiān)督管理局

1總則

1.0.1為規(guī)范分布式布里淵光纖感測技術在橋梁與隧道結構運營安全監(jiān)測系統(tǒng)應

用中的技術要求，做到技術先進、數(shù)據可靠、經濟合理，制定本標準。

條文說明：橋梁與隧道結構服役周期長，運營環(huán)境復雜，其結構損傷具有強隨機

性、高隱秘性及突發(fā)性，結合分布式布里淵光纖傳感技術具有超高測點密度及超

長監(jiān)測距離的特點，規(guī)范具有高耐久性的分布式布里淵光纖封裝工藝和布設技

術，制定適用于橋梁與隧道結構健康監(jiān)測的標準。

與現(xiàn)有光纖傳感技術標準相比：本標準將側重于分布式布里淵感測技術在橋梁與

隧道結構運營安全監(jiān)測領域中的應用；同時，本標準包含的內容將為分布式光纖

監(jiān)測系統(tǒng)的方案設計、系統(tǒng)施工與驗收、系統(tǒng)集成與調試以及系統(tǒng)維護提供依據。

1.0.2本標準適用于采用分布式布里淵光纖感測技術進行運營安全監(jiān)測的橋梁與

隧道工程結構。

1.0.3利用分布式布里淵光纖感測技術建立的橋梁與隧道結構運營安全監(jiān)測系統(tǒng)

在進行系統(tǒng)方案設計、系統(tǒng)施工與驗收、系統(tǒng)集成與調試、系統(tǒng)維護時，除應執(zhí)

行本標準外，尚應符合國家現(xiàn)行有關標準和規(guī)定。

?1?

2術語和符號

2.1術語

2.1.1分布式布里淵光纖感測技術distributedBrillouinopticalfibersensing

technique

利用光纖中傳輸光波的布里淵散射，無需具體的傳感探頭，即可測量光纖沿

線結構任意位置處應變與溫度的感測技術，簡稱分布式光纖感測技術。

2.1.2分布式布里淵光纖監(jiān)測系統(tǒng)structuralhealthmonitoringsystembasedon

distributedBrillouinopticalfibersensingtechnique

以分布式光纖感測技術為核心的結構運營安全監(jiān)測系統(tǒng)，簡稱分布式光纖監(jiān)

測系統(tǒng)。

2.1.3分布式布里淵光纖解調儀distributedBrillouinfiberdemodulator

光纖監(jiān)測系統(tǒng)中將光信號轉換為電信號的儀器，簡稱分布式光纖解調儀。

2.1.4分布式傳感光纜distributedsensingopticalfiber

分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)中既可以將被測結構的應變與溫度等物理量轉變?yōu)楣?/p>

信號又可以進行數(shù)據傳輸?shù)墓饫|，簡稱傳感光纜。

2.1.5布里淵頻移Brillouinfrequencyshift

分布式光纖感測技術中光信號在布里淵散射試驗中出現(xiàn)的散射峰頻移。

2.1.6光纜斷點opticalfiberbreakpoint

傳感光纜斷裂位置。

2.1.7光纖熔接opticalfibersplicing

利用光纖熔接機高壓放電熔融光纖，將頭尾兩根光纖進行接續(xù)。

2.1.8組網networking

由若干個散在的傳感系統(tǒng)通過接入網形成傳感網絡。

2.1.9有線傳輸wiretransmission

在兩個通信設備之間通過物理連接，將信號從一方傳輸?shù)搅硪环降募夹g。

2.1.10無線傳輸wirelesstransmission

在兩個通信設備之間不使用物理連接，而是通過空間無線傳輸?shù)囊环N技術。

2.2符號

BOTDA——布里淵光時域分析；

BOTDR——布里淵光時域反射技術；

BOFDA——布里淵光頻域分析；

——布里淵中心頻率；

——結構應變；

T——結構溫度；

C——布里淵頻移影響系數(shù)；

E——彈性模量；

G——剪切模量；

γ——損傷診斷指標；

R——損傷特征矩陣；

C——損傷特征的矩的協(xié)方差矩陣；

——異常診斷閾值；

取統(tǒng)計數(shù)據置信概率的中位數(shù)；

95%——95%

——損傷特征樣本的總體均值；

——損傷特征的總體標準差；

標準正態(tài)分布上的分位點。

/2——/2

?3?

3基本規(guī)定

3.0.1分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的設計、實施、維護應遵循連續(xù)性與長期性原則，系

統(tǒng)的使用壽命宜覆蓋工程結構運營全周期。

條文說明：在分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的設計、實施和維護時，應當確保系統(tǒng)能夠長

期穩(wěn)定運行，并在整個工程結構的運營周期內提供可靠的監(jiān)測數(shù)據。為了實現(xiàn)這

個目標，需要在設計系統(tǒng)時考慮到穩(wěn)定性和耐用性等因素，如考慮光纖的設計和

安裝方式、系統(tǒng)硬件和軟件的可靠性和適應性等。在系統(tǒng)實施過程中，應注意按

照設計要求和技術規(guī)范進行施工和調試，并對相關人員進行必要的培訓，確保系

統(tǒng)能夠按要求運行。在維護過程中，應進行定期的檢查和維修，保證系統(tǒng)能夠保

持其正常運行狀態(tài)，并及時更新與升級系統(tǒng)。

為了充分發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)的作用，在方案制定過程中，需要考慮監(jiān)測目的、監(jiān)測范

圍、監(jiān)測周期、傳感器類型、采樣頻率等因素。在此基礎上，選擇合適的傳感器、

采集設備和數(shù)據傳輸方式，確保傳感網絡能夠準確無誤地獲取結構監(jiān)測數(shù)據。

3.0.2分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)應具有完整的光信號數(shù)據采集、解調、傳輸、存儲處

理、結構參數(shù)識別、損傷診斷、風險預警以及狀態(tài)評估等功能。

3.0.3分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)硬件應具有良好的可維護性、可更換性，監(jiān)測系統(tǒng)的

軟件應具有兼容性、可擴展性、易維護性，并與硬件相匹配。

條文說明：在設計分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)時，硬件和軟件的選配至關重要。首先，

在選擇硬件時應考慮其可維護性和可更換性，以確保在監(jiān)測系統(tǒng)運行期間能及時

進行維護和更換。其次，監(jiān)測系統(tǒng)的軟件應具備兼容性、可擴展性和易維護性，

以確保監(jiān)測數(shù)據得到正確處理和記錄，同時在未來更新和升級時更為便利。軟硬

件應遵循同一標準，確保二者之間的兼容性。若軟硬件不匹配，則可能導致數(shù)據

傳輸丟失等問題，最終影響監(jiān)測數(shù)據的準確性和可靠性。

3.0.4分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的設計及實施方案應綜合考慮監(jiān)測目的、監(jiān)測對象、

數(shù)據精度需求以及施工條件等因素進行確定。

3.0.5分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的安裝應綜合考慮業(yè)主、設計方和施工各方的意見確

定實施方案，監(jiān)測系統(tǒng)的安裝不得影響工程主體結構的安全。

3.0.6分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)應配備臨時電源，當出現(xiàn)電力故障時，可滿足24h的

應急用電需求。

3.0.7分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)應根據監(jiān)測需求布設感測結構應變與結構溫度的傳感

光纜。

3.0.8傳感光纜應采用單模光纜，傳感光纜的耐久性與可維護性應滿足監(jiān)測要求。

條文說明：傳感光纜采用單模光纖，根據我國對傳感光纜的要求，傳感光纜可以

用于監(jiān)測結構應變及溫度，溫度監(jiān)測值可用于應變監(jiān)測值的溫度補償，以剔除溫

度影響。鎧裝應變傳感光纜可用于監(jiān)測混凝土結構應變，緊套單芯應變傳感光纜

可用于監(jiān)測鋼結構應變，螺旋鎧裝溫度傳感光纜可用于監(jiān)測結構溫度。根據不同

光纜的用途以及現(xiàn)有的技術指標，傳感光纜技術要求參考表1的規(guī)定：

表1分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)中傳感光纜技術要求

鎧裝應變緊套單芯應變螺旋鎧裝溫度

光纜類型

傳感光纜傳感光纜傳感光纜

≤0.3dB/km≤0.3dB/km

光學衰減≤0.4dB/km（1310nm）

（1550nm）（1550nm）

長期≥≥≥

機械抗700N5N750N

拉強度短期≥2000N≥10N≥1500N

機械抗長期≥1000N/10cm≥100N/10cm≥100N/10cm

壓強度短期≥3000N/10cm≥200N/10cm≥200N/10cm

環(huán)境使用溫度-40℃~70℃-20℃~60℃-40℃~70℃

3.0.9分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)應根據感測結構應變與溫度的監(jiān)測需求，選擇分布式

光纖解調儀。

條文說明：光纖解調儀技術要求需參考表2的規(guī)定：

?5?

表2光纖解調儀技術要求

類型工作原理測量指標性能指標

最高傳感距離：20km；

高空間分辨率分布空間分辨率：2cm~20cm；

式布里淵光纖溫度DPP-BOTDA應變與溫度應變精度：±20με；

和應變分析儀溫度精度：±1℃；

工作溫度：0℃~40℃

最高傳感距離：100km；

長距離分布式布里空間分辨率：0.5m~2m；

淵光纖溫度和應變DPP-BOTDA應變與溫度應變精度：±20με；

分析儀溫度精度：±1℃；

工作溫度：0℃~40℃

最高傳感距離：2km；

動態(tài)分布式布里淵空間分辨率：0.5m；

光纖溫度和應變分DPP-BOTDA應變與溫度應變精度：±30με；

析儀溫度精度：±1.5℃；

工作溫度：0℃~40℃

最高傳感距離：50km；

空間分辨率：0.2m；

雙端高精分布式光

BOFDA應變與溫度應變精度：±2με；

纖應變解調儀

溫度精度：±0.1℃；

工作溫度：0℃~40℃

最高傳感距離：60km；

長距離分布式布里空間分辨率：1m~20m；

淵光時域反射分析BOTDR應變與溫度應變精度：±30με；

儀溫度精度：±5℃；

工作溫度：0℃~40℃

3.0.10分布式光纖解調儀應具備數(shù)據采集、分析和存儲功能。

3.0.11在同一工程結構中，應使用同一臺分布式光纖解調儀，當需要使用多臺解

調儀時，應根據各自連接的傳感光纜分別設置設備參數(shù)。

條文說明：為了保證分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的測量結果準確可靠，同一工程結構中

應使用同一臺分布式光纖解調儀，以保證傳感光纜的參數(shù)設置和數(shù)據處理方式一

致。如不得已需要使用多臺光纖解調儀，則應根據各自連接的傳感光纜分別設置

設備參數(shù)，如衰減系數(shù)、基準溫度等，以確保各光纜測量數(shù)據的可比性和一致性。

3.0.12針對重要工程結構的運營安全監(jiān)測，宜根據實際情況采用分布式光纖傳感

技術與其他點式傳感技術相結合的監(jiān)測體系。

條文說明：為了確保重大工程結構的運營安全，需要開展詳細的監(jiān)測工作。分布

式光纖傳感技術是一種新興的監(jiān)測技術，具有高靈敏度、高分辨率、大測量范圍

等特點，已經被廣泛應用于大型工程結構的監(jiān)測中。然而，分布式光纖傳感技術

也存在一些局限性，例如傳感精度受環(huán)境影響較大、數(shù)據處理復雜等，因此無法

完全取代其他點式傳感技術。

綜合考慮實際情況，建議在重大工程結構的運營安全監(jiān)測中，采用分布式光纖傳

感技術與其他點式傳感技術相配合的監(jiān)測體系，以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢和彌補各

自的不足。例如，在橋梁結構的監(jiān)測中，可以采用分布式光纖傳感技術對整個結

構進行全面的監(jiān)測，同時配合應力傳感器、振動傳感器等點式傳感器對特定部位

進行監(jiān)測，以實現(xiàn)全局和局部的結構健康監(jiān)測。

在實施過程中，應根據具體的監(jiān)測目的和監(jiān)測對象，選取合適的傳感器和監(jiān)測技

術，設計合理的監(jiān)測方案。

3.0.13分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據傳輸應根據現(xiàn)場條件選擇有線或無線傳輸方

式。

條文說明：在數(shù)據傳輸方面，應根據現(xiàn)場條件選擇有線或無線傳輸方式。無線傳

輸方式具有靈活、簡單等優(yōu)點，適合于需要長距離傳輸或傳輸路徑不穩(wěn)定的場合。

但是，無線傳輸方式的可靠性和穩(wěn)定性不如有線傳輸方式。因此，在選擇數(shù)據傳

輸方式時，應根據實際情況平衡無線傳輸方式的便利性和有線傳輸方式的穩(wěn)定

性。

3.0.14傳感網絡數(shù)據庫設計應遵循數(shù)據庫系統(tǒng)的可靠性、先進性、開放性、可擴

展性、標準化和經濟性的基本原則。

3.0.15監(jiān)測方案、監(jiān)測數(shù)據、分析結果以及原始記錄應進行分類歸檔保存。

3.0.16監(jiān)測期間應對分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)設備及傳感光纜采取保護措施并定期

進行維護。

?7?

4系統(tǒng)方案設計

4.1一般規(guī)定

4.1.1系統(tǒng)方案應結合現(xiàn)行國家標準《混凝土結構設計標準》GB/T50010、《鋼

結構設計標準》GB50017中的相關規(guī)定，根據監(jiān)測結構的類型、受力特點和易

受損傷部位的特點進行專項設計，宜與主體結構的設計同時開展。

4.1.2系統(tǒng)設計應包括下列內容：

1傳感子系統(tǒng)，應由感測結構應變與感測結構溫度的傳感光纜組成；

2數(shù)據采集與傳輸子系統(tǒng)，應由調制解調設備以及通信光纜組成；

3數(shù)據庫子系統(tǒng)，應由數(shù)據存儲庫以及其管理軟件組成；

4用戶界面子系統(tǒng)，應由數(shù)據預處理、結構參數(shù)識別、損傷診斷、風險預警以

及狀態(tài)評估等模塊組成；

5電源子系統(tǒng)，應由外部供電設備及電纜和不間斷電源（UPS）組成。

4.2傳感子系統(tǒng)設計

4.2.1適用于橋梁與隧道結構設施的分布式光纖傳感技術應包括布里淵光時域分

析（BOTDR）、布里淵光時域反射技術（BOTDA）、布里淵光頻域分析（BOFDA）

等，應用原則包括以下內容：

1對于長距離大范圍的結構溫度或應變監(jiān)測，單個傳感光纜回路布設的總長度

不宜超過50km；

2對于長距離大范圍的結構靜態(tài)或擬靜態(tài)變形測量，傳感光纖的測點分辨率宜

在10cm~100cm之間選擇。

條文說明：分布式光纖監(jiān)測技術主要包括布里淵光時域分析（BOTDR）、布里淵

光時域反射技術（BOTDA）以及布里淵光頻域分析（BOFDA），傳感光纜長度

及空間分辨率設置需考慮以下因素：

1單個傳感光纜回路不宜過長，否則將導致光損過大，監(jiān)測數(shù)據精度下降；

2受限于現(xiàn)有分布式光纖監(jiān)測技術，測點空間分辨率不宜小于10cm；測點空

間分辨率過大，會導致監(jiān)測系統(tǒng)精度較低，故空間分辨率不宜大于100cm。

4.2.2傳感光纜布置方案的設計應結合結構有限元模型，分析結構的靜力及動力

特性，確定結構內力較大、變形較大和易受損傷的關鍵部位，并結合結構或構件

的重要性，確定傳感光纜布設位置。

4.2.3應根據現(xiàn)場實際情況，結合施工難度優(yōu)化傳感光纜布置方案，方便傳感子

系統(tǒng)的安裝施工。

4.2.4在橋梁、隧道結構關鍵或特殊部位可密集布置傳感光纜。

4.2.5應變傳感光纜宜在橋梁、隧道結構伸縮縫或變形縫處設置溫度補償松弛段，

松弛段長度可根據光線解調儀空間分辨率決定，松弛段間距不宜大于30m、長度

不宜小于2m。

4.2.6橋梁結構傳感子系統(tǒng)的設計應滿足下列規(guī)定：

1根據監(jiān)測需求，分別設計橋梁上部、下部結構的傳感光纜布置方案；

2根據橋梁結構的空間溫度梯度分布，設計溫度傳感光纜的布置方案，感測結

構各區(qū)域溫度場；

3根據不同的橋梁結構類型，應變傳感光纜布置方案中應包含表4.2.6中的結

構關鍵部位。

表4.2.6不同類型橋梁應感測的結構關鍵部位

監(jiān)測內容

序號橋型關鍵部位

溫度應變

主梁●●

梁橋、

1橋墩○●

剛構橋

基礎○○

2拱橋主拱圈●●

?9?

橋面板●●

橋墩○●

立柱○●

吊桿○●

基礎○○

上弦桿●●

下弦桿●●

斜桿○●

3桁架橋

豎桿○●

橋墩○●

基礎○○

主梁●●

斜拉索○●

4斜拉橋索塔○●

橋墩○●

基礎○○

主梁●●

主纜●●

吊桿○●

5懸索橋

索塔○●

橋墩○●

基礎○○

注：“●”為必選監(jiān)測項，“○”為宜選監(jiān)測項，“－”為不包含項。

4.2.7隧道結構傳感子系統(tǒng)的設計應符合下列規(guī)定：

1根據隧道結構圍巖等級以及水文條件的不同，綜合設計傳感光纜的布置方

案；

2設計沿隧道縱向通長布置應變傳感光纜，若條件受限無法實現(xiàn)通長布置，宜

選擇變形或內力較大處作為感測區(qū)域；

3設計沿隧道縱向通長布置溫度傳感光纜，感測隧道結構溫度場分布；

4在隧道圍巖等級較低、裂隙發(fā)育、隧道結構變形或內力較大處沿隧道斷面通

長布置應變傳感光纜；

5根據不同的隧道結構類型，應變傳感光纜布置方案應包含表4.2.7中的結構

關鍵部位。

表4.2.7不同類型隧道應感測的結構關鍵部位

監(jiān)測內容

序號隧道類型關鍵部位

溫度應變

盾構法盾構管片●●

1

施工隧道道床－○

拱圈○○

邊墻●●

礦山法仰拱○●

2

施工隧道底板○○

錨桿－○

道床－○

注：“●”為必選監(jiān)測項，“○”為宜選監(jiān)測項，“－”為不包含項。

4.2.8分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)宜采用局域網或城域網組網。

4.3數(shù)據采集與傳輸子系統(tǒng)設計

4.3.1分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)宜采用集中式數(shù)據采集方式。

4.3.2按照數(shù)據采集的時間額度、額次和時間間隔等內容，數(shù)據采集模式可分為

全時采集、定時采集、觸發(fā)采集和混合采集四種類型，宜依據分布式光纖監(jiān)測系

統(tǒng)需求和結構特點進行選擇。

條文說明：數(shù)據采集模式的具體內容為：

1全時采集：采集設備進行全時（實時）連續(xù)的采集；

2定時采集：采集設備進行非全時工作，僅在指定某時間內全時（實時）連續(xù)采

集，既可以是周期性的，也可以是非周期性的；

3觸發(fā)采集：采集數(shù)據觸發(fā)預設閾值時采集設備進行全時（實時）連續(xù)采集；

4混合采集：采集數(shù)據未觸發(fā)預設閾值時采用定時采集，觸發(fā)閾值時采用觸發(fā)采

集。

4.3.3數(shù)據采集子系統(tǒng)應設計抗干擾措施，提高信號的信噪比。

?11?

條文說明：數(shù)據采集時，能同時采集到光纖傳感器中的中心波長信號和噪聲信號，

而噪聲信號的能級一般遠低于光纖中心波長的能級，因此，通過設置合理的閾值，

滿足噪聲信號能級小于閾值即可認為采集數(shù)據受噪聲干擾較小。

4.3.4數(shù)據采集子系統(tǒng)工作時，宜進行數(shù)據自校準，若無自校準，應定期進行檢

測。

條文說明：零點溫度漂移和時間漂移會對信號放大以及A/D信號轉換產生影響，

導致數(shù)據采集精度的下降，需要通過自校準程序調整數(shù)據采集精度，具體流程如

下：

1A/D調零：A/D轉換器的兩個輸入端短接后接到參考電壓負端；

2A/D增益校準：A/D轉換器的兩個輸入端分別接至參考電壓的正負端；

3通道調零校準：A/D轉換器的兩個輸入端短接后接輸入信號的負端；

4通道進行A/D轉換：A/D轉換器的兩個輸入端分別接至輸入信號的正負端。

4.3.5數(shù)據采集以及傳輸子系統(tǒng)的硬件設備應滿足各部分之間的牢固連接和數(shù)據

的穩(wěn)定傳輸。

條文說明：數(shù)據采集與傳輸設備要符合設計要求，具備設置在潮濕、帶靜電及磁

場環(huán)境之中的相應防護等級，無此防護等級的設備不能置于此類環(huán)境中或改善安

置環(huán)境。

4.3.6數(shù)據傳輸系統(tǒng)的設計應綜合考慮數(shù)據傳輸距離、工程特點及現(xiàn)場條件、網

絡覆蓋狀況、已有的通信設施等因素，靈活設計選取合適的數(shù)據傳輸連接方式。

4.3.7數(shù)據傳輸系統(tǒng)應具備有效性和可靠性，可滿足24h的不間斷數(shù)據傳輸需求。

4.4數(shù)據庫子系統(tǒng)設計

4.4.1數(shù)據庫子系統(tǒng)應進行合理設計，建立在清晰、簡明、標準化的數(shù)據格式上，

并實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據分類歸檔。

4.4.2數(shù)據庫子系統(tǒng)應具備高速存儲與讀取數(shù)據的能力。

條文說明：數(shù)據庫的存儲與讀取速度應大于數(shù)據的采集與輸出速度，并預留一定

的冗余度，從而保證后期系統(tǒng)升級測點增多后數(shù)據庫仍能正常工作。

4.4.3數(shù)據可選擇存儲在本地硬件設備上，其容量應滿足6個月的原始數(shù)據存儲

需求。

條文說明：數(shù)據庫存儲、管理和操作的對象是海量數(shù)據，進行系統(tǒng)數(shù)據庫設計時

需要根據光纖測點數(shù)量、采樣頻率、監(jiān)測時間等因素估計數(shù)據庫的容量，需要保

證數(shù)據庫能夠存儲至少6個月的監(jiān)測數(shù)據。

4.4.4數(shù)據庫應具備數(shù)據自動保存功能，系統(tǒng)因意外故障停止運營時，可恢復已

采集的數(shù)據。

4.4.5數(shù)據庫系統(tǒng)在使用時，宜支持在線實時數(shù)據處理分析以及離線數(shù)據處理分

析。

4.4.6數(shù)據庫的組成架構應與數(shù)據庫的功能相對應，可劃分為監(jiān)測設備數(shù)據庫、

監(jiān)測信息數(shù)據庫、結構模型信息數(shù)據庫、評估分析信息數(shù)據庫和用戶數(shù)據庫等。

4.4.7數(shù)據庫管理系統(tǒng)應處于安全的物理環(huán)境，其操作處理應限定在可控制的訪

問設備內，禁止未授權的用戶訪問以及物理修改系統(tǒng)硬件和軟件。

4.4.8應用程序調試完成后，應對數(shù)據庫進行功能測試和性能測試，保障數(shù)據庫

具有備份和恢復數(shù)據的功能。

4.4.9數(shù)據庫管理系統(tǒng)可選擇自動維護或由管理員人工管理。

4.4.10數(shù)據庫管理軟件宜具備自動或手工重構、調整數(shù)據庫模式的功能。

4.5用戶界面子系統(tǒng)設計

4.5.1用戶界面子系統(tǒng)應簡潔美觀、功能齊全，可實現(xiàn)流暢的人機交互。

?13?

條文說明：用戶界面子系統(tǒng)包含用戶管理、數(shù)據實時展示、數(shù)據預處理、狀態(tài)診

斷、實時預警等功能，需顯示被測結構的具體信息，包括名稱、地理位置、結構

形式等。界面的設計要采用統(tǒng)一的UI設計風格，保證配色、字體等元素的一致

性。

4.5.2用戶界面子系統(tǒng)各模塊應與數(shù)據庫對接，方便數(shù)據的高效轉換。

4.5.3用戶界面子系統(tǒng)應具備監(jiān)測數(shù)據實時在線顯示的功能。

4.5.4用戶界面子系統(tǒng)應具備數(shù)據分析處理的功能，可對數(shù)據分析結果進行存儲、

展示、調用，具體功能應符合表4.5.4的規(guī)定。

表4.5.4用戶界面子系統(tǒng)功能

序號軟件功能具體內容

判斷異常點產生原因，剔除系統(tǒng)

異常點判斷

自身誤差

宜用平均值法消除偶然誤差；宜

誤差消除

修正儀器消除系統(tǒng)誤差

宜采用數(shù)據求平均值處理方法

1數(shù)據預處理濾波降噪

進行濾波降噪

宜根據系統(tǒng)需求對趨勢項進行

去趨勢項

剔除

宜截選離散非時限信號的有限

數(shù)據截取

時長內的數(shù)據樣本進行處理

宜對采集到的數(shù)據進行初步分

2數(shù)據處理損傷識別

析，判別結構是否出現(xiàn)損傷

數(shù)據異常報警可根據人工計算評估預設、軟件

3數(shù)據超限預警自動計算評估預設、歷史數(shù)據預

系統(tǒng)異常報警設設置報警閾值

應將采集到的實時數(shù)據和歷史

數(shù)據進行數(shù)據處理，并與閾值進

4數(shù)據存儲管理行比較判斷是否超限，最終將初

始數(shù)據以及處理后的結果進行

保存以便查詢

4.5.5系統(tǒng)功能的設計應與服務器配置匹配，并確保快速流暢運行各功能模塊。

4.6電源子系統(tǒng)設計

4.6.1電源子系統(tǒng)中電纜的布設應符合現(xiàn)行行業(yè)標準《綜合布線系統(tǒng)電氣特性通

用測試方法》YD/T1013中的規(guī)定。

4.6.2電源子系統(tǒng)應滿足監(jiān)測系統(tǒng)運營的基本電力損耗需求。

4.6.3電源子系統(tǒng)應具備漏電保護功能，保障系統(tǒng)及操作人員的工作安全。

?15?

5系統(tǒng)施工與驗收

5.1一般規(guī)定

5.1.1系統(tǒng)施工宜與結構施工同時開展，系統(tǒng)運行宜與結構運營同步。

條文說明：結構施工和監(jiān)測系統(tǒng)施工的進度和時間應協(xié)調一致，監(jiān)測系統(tǒng)的施工

過程宜嵌入到結構施工的進程中。監(jiān)測系統(tǒng)施工的各項工作，如測點設置、儀器

安裝、底座設置等，都應在結構施工的相應工作之前進行，并且應符合相應的標

準和規(guī)范。

監(jiān)測系統(tǒng)一旦投入運行，就可以對結構物進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常狀況和損

壞情況，并采取相應措施進行維修和保養(yǎng)。為了確保監(jiān)測系統(tǒng)的運行效果和準確

性，監(jiān)測系統(tǒng)的運行宜與結構物運營同步進行。監(jiān)測系統(tǒng)應定期校準，保證測量

數(shù)據的準確性和可靠性。同時，監(jiān)測系統(tǒng)應與工程運營管理系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)信

息共享和自動化管理。

監(jiān)測系統(tǒng)與結構物的施工、運營同步開展，有助于加強結構物的健康監(jiān)測和維護

管理，提高結構物的安全性和可靠性，保證工程的長期穩(wěn)定運行。

5.1.2光纜的各類連接與操作，應滿足傳感光纜的光損需求。

5.1.3光纜連接宜使用熔接連接，單個熔接點處的光損不宜大于0.05dB，單個光

纜回路的總光損不宜大于10dB。

條文說明：傳感光纜的連接方式以熔接為主，熔接又可分為冷熔接與熱熔接；其

中熱熔接光損較小、連接牢固，但現(xiàn)場操作難度較大；冷熔接操作簡單，但連接

處光損較大、穩(wěn)定性差，因此，現(xiàn)場條件允許的情況下需要采用熱熔接。

5.1.4光纖施工過程中應減少接頭數(shù)量，并避免在多塵及潮濕環(huán)境中進行熔接操

作。

條文說明：由于熔接后連接處的光纖變得脆弱易斷，需要重點加強保護。

5.1.5啟封后的傳感光纜應按照原有纏繞方向，按圈依次解開，避免受扭或受彎，

傳感光纜的彎曲半徑應大于5cm。

5.1.6傳感光纜與結構應粘接可靠，并應注意保護光纖連接線及其美觀性。

5.1.7傳感光纜的布設方式應根據結構特征、監(jiān)測內容及需求等選擇確定。

條文說明：傳感光纜的布設方式有四種，即粘貼法、開槽法、預埋法以及模板預

留槽法，在設計傳感光纜布設方案時，需要根據監(jiān)測工程的類型與體量來確定對

應的傳感光纜布設方式。

5.1.8傳感光纜在布設時，應考慮運營期內傳感光纖的可修復性，留有足夠的接

口。

條文說明：光纖解調儀可以同時監(jiān)測傳感光纜上的多個測點，但傳感光纜一旦產

生斷點，可能會導致整個分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的癱瘓，因此在傳感光纜布設設計

時，需要保證傳感光纜的可修復性。

5.1.9傳感光纜的布設方式應綜合考慮分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)的長期性、穩(wěn)定性、

實時性、全面性、準確性和經濟性等需求。

5.2施工準備

5.2.1光纜布設前，應根據監(jiān)測方案通過劃線、標記方式確定施工位置，計算光

纖長度，并選擇輔助安裝器材。

5.2.2采用開槽式埋入法布設傳感光纜時，應提前配置具備足夠切割強度的開槽

機。

5.2.3傳感光纜布設過程中應使用光纖切割刀進行光纖切割。

5.2.4傳感光纜布設過程中應使用光時域反射儀和光纖熔接機進行光纖測通、熔

接、保護以及光纜斷點的定位、修復，光纖測通、熔接應符合國家現(xiàn)行標準《光

?17?

時域反射計測試方法》SJ20549、《光纖熔接機通用規(guī)范》GB/T17570的規(guī)定。

5.3光纜布設

5.3.1傳感光纜的布設基本原則應符合現(xiàn)行國家標準《無損檢測基于光纖傳感技

術的應力監(jiān)測方法》GB∕T33213中的規(guī)定。

5.3.2傳感光纜宜采用粘貼法、預埋法、開槽法及模板預留槽法進行布設，并應

滿足結構美觀性的要求。

條文說明：粘貼法、開槽法、預埋法以及模板預留槽法布設光纜示意見圖1。

（a）粘貼法（b）開槽法

（c）預埋法（d）模板預留槽法

圖1傳感光纜布設方式

5.3.3根據結構形式的不同，埋入法可分為開槽式埋入法和非開槽式埋入法。

5.3.4根據感測結構類型的不同，傳感光纜的布設宜按表5.3.4的規(guī)定選取。

表5.3.4不同結構傳感光纜布設方式

結構類型傳感光纜布設方式

混凝土結構粘貼法、開槽式埋入法及模板預留槽法

橋梁結構

鋼結構粘貼法

盾構法施工隧道結構粘貼法及模板預留槽法

隧道結構

礦山法施工隧道結構開槽式埋入法

5.3.5采用粘貼法布設傳感光纜時，粘貼前應打磨處理所粘貼結構表面，并做表

面抹平處理；粘貼過程中，宜將光纜間隔一定距離初步固定于結構表面；與結構

連接時，應將粘結劑均勻地涂抹在光纜表面及其周圍，確保光纜與結構的有效連

接。

條文說明：采用粘貼法對光纜進行安裝時，需先對結構表面進行清理。對于混凝

土結構，需要事先去除表面碳化層；對于鋼結構，需要事先去除表面氧化層，再

涂抹底膠，保障連接的耐久性。傳感光纜粘貼可采用環(huán)氧樹脂類粘接劑；粘接劑

需要有韌性好、抗腐蝕、無溶劑、粘度高的特點。

5.3.6采用埋入法布設傳感光纜時，布設前應切割出或預留適宜光纜鋪設的凹槽，

并做表面抹平處理；粘貼過程中，宜將回填材料均勻涂抹于凹槽的底面及側壁，

確保光纜受力均勻，與結構連接緊密。

條文說明：采用開槽法對光纜進行安裝時，需要預先準備開槽機，對結構表面進

行開槽，開槽的寬度與深度為光纜直徑的2倍~3倍，然后再澆筑填充材料，保

障光纜連接的牢固性和耐久性。

5.3.7利用預埋法對光纜進行安裝時，需在結構澆筑施工之前，將傳感光纜綁扎

于受力鋼筋的關鍵位置，混凝土澆筑施工過程中不得影響傳感光纜的工作性能。

條文說明：采用預埋法對光纜進行安裝時，綁扎于鋼筋上的光纜要適當留有放松

段，否則施工、養(yǎng)護階段混凝土與鋼筋將出現(xiàn)相對位移，導致光纜斷裂。

5.3.8利用模板預留槽法對傳感光纜進行安裝時，需要依據支模方法預留出安裝

?19?

傳感光纜的坑槽，坑槽內傳感光纜安裝后，再澆筑回填材料，應確保傳感光纜連

接的牢固性和耐久性。

條文說明：采用模板預留槽法對光纜進行安裝時，需要在結構設計圖紙中合理規(guī)

劃光纜的布設位置，保證傳感光纜監(jiān)測數(shù)據信息的有效性。

5.3.9傳感光纜的布設施工過程中，宜利用傳感光纜的米標，每隔一定距離進行

記錄。

條文說明：傳感光纜在布設過程中，難以保證光纜全程保持筆直狀態(tài)，因此需要

每隔一段距離就記錄結構與光纜米標的相對位置，實現(xiàn)測點與所測結構位置的一

一對應，確保在后續(xù)長期監(jiān)測過程中能準確定位結構異常位置。

5.3.10傳感光纜布設過程中，傳感光纜特殊記錄點宜包括傳感光纜與跳線熔接

點、結構監(jiān)測的起點與終點、傳感光纜的溫度補償段、傳感光纜的各類拐點等位

置。

5.3.11傳感光纜的溫度補充段宜選取大于光纜直徑的套管套接，并做好套管兩端

的封堵，以避免結構與松弛段光纜的直接接觸，松弛段光纜長度不宜小于2m。

5.3.12傳感光纜的斷點熔接應符合如下規(guī)定：

1光纜熔接段應采用套管保護，套管的放置應在光纖切割前完成；

2光纜熔接段應將兩端光纜對中連接；

條文說明：光纖熔接時，影響光纖連接質量的因素較多，若光纖端面出現(xiàn)斜角面、

圓角面、粗糙面等情況，或者光纖連接時存在橫面交錯、面面夾角、間隙等情況，

都將導致光損過大，連接失效。

3傳感光纜端點跳線熔接時，所采用的熔接跳線長度宜大于2m。

5.4施工驗收

5.4.1粘接傳感光纜的粘合劑應質地飽滿、強度可靠，不得出現(xiàn)氣泡、蜂窩、雜

質區(qū)。

5.4.2粘接劑凝固后應具備與感測結構相適應的強度及變形協(xié)調能力。

5.4.3實際驗收單個光纜回路的總光損，應滿足本標準第5.1.3條的要求。

5.4.4傳感光纜布設完畢后，傳感光纜兩端應接有足夠長度的跳線。

5.4.5傳感光纜測通時，在拔開跳線端頭的扣帽后，應盡快將接頭插入光時域反

射儀的接口中。

?21?

6系統(tǒng)集成與調試

6.1一般規(guī)定

6.1.1系統(tǒng)集成與調試應根據光纖感測系統(tǒng)的監(jiān)測需求，確保各子系統(tǒng)協(xié)同工作，

保障系統(tǒng)運營的穩(wěn)定性、可靠性與安全性。

條文說明：為了保障系統(tǒng)集成的簡便高效，提高人機交互的效率，需要根據使用

要求獨立開發(fā)用戶操作軟件，且對用戶操作具備適當?shù)奶嵝押腿蒎e機制。

6.1.2系統(tǒng)集成與調試應基于統(tǒng)一軟件工作平臺，具備系統(tǒng)后期更換或增減設備

的操作可行性。

6.1.3系統(tǒng)集成宜結合有線網絡和無線網絡，根據感測需求設計網絡拓撲結構。

條文說明：系統(tǒng)集成的通信與傳輸網絡，可采用多種拓撲結構，包括結構群與結

構群之間、結構群與單體結構之間、傳感網絡與數(shù)據采集設備之間、同級的數(shù)據

處理終端之間等。

6.2系統(tǒng)集成

6.2.1系統(tǒng)集成應考慮系統(tǒng)網絡、電力供應與數(shù)據傳輸?shù)陌踩?，串?lián)各子系統(tǒng)，

保障集成過程中各子系統(tǒng)的正常工作。

6.2.2系統(tǒng)集成應采用模塊化、單元化及標準化設計，確保軟件與硬件模塊的兼

容性。

6.2.3系統(tǒng)集成應實現(xiàn)數(shù)據可視化及人機交互，可通過用戶界面子系統(tǒng)展示傳感

器、設備與數(shù)據信息，并直接修改各模塊功能的參數(shù)。

6.2.4系統(tǒng)集成應滿足高度自動化、智能化、實時化及網絡化的需求。

條文說明：系統(tǒng)集成可以采用基于互聯(lián)網的B/S架構，方便現(xiàn)場的技術人員、結

構維護的管理者和決策者在內的多用戶進行遠程實時控制。

6.3數(shù)據采集與處理

6.3.1監(jiān)測數(shù)據的采集與處理應根據所布設傳感光纜的感測信號種類，設計、開

發(fā)或選用合適的解調設備，并預留與后續(xù)數(shù)據傳輸、存儲與管理相兼容的接口。

6.3.2數(shù)據采集設備應根據傳感光纜輸出信號類型、匹配性、兼容性、精度和分

辨率等要求進行選型。

條文說明：數(shù)據采集設備需要根據表3中的要求進行選擇。

表3數(shù)據采集設備技術要求

信號類型傳感光信號通信光信號

設備類型調制解調儀

輸入范圍√

采樣頻率√

通道狀況√

數(shù)據容量√

性能主要考察指

分辨率√

設計標及規(guī)格

精度√

重復性√

傳輸率√

在線模式√

使用壽命符合監(jiān)測系統(tǒng)的具體要求

數(shù)據校準功自校準優(yōu)先采用

可靠性

能設計定期人工校準按需采用

設計

抗電磁干擾串模干擾抑制

設計共模干擾抑制

環(huán)境適工作溫度符合監(jiān)測系統(tǒng)的具體要求

應性設高低溫保護

防護功能

計抗沖擊和振動

?23?

防潮濕和防鹽霧

安全必要安全防護

6.3.3根據光纖感測系統(tǒng)的監(jiān)測需求，數(shù)據采集模式應包括實時采集、定時采集、

觸發(fā)采集和混合采集模式。

6.3.4數(shù)據采集與傳輸軟件的功能應根據傳感光纜的信號特點進行設計。

條文說明：數(shù)據采集與傳輸軟件應根據表4中的技術內容進行選擇設計。

表4數(shù)據采集與傳輸軟件技術要求

設計類目基本要求說明

可聯(lián)網進行時間同步性校各測點采集數(shù)據的時間同步

時間狀態(tài)和同步

驗性一致，能保證數(shù)據實時性

保證各級硬件間數(shù)據傳輸?shù)?/p>

質量檢查網絡狀態(tài)可進行傳輸質量校驗

準確和可靠

可檢查光纖是否有斷點，能

傳感光纖狀態(tài)保證光纖傳感網絡正常工作

否正常采集數(shù)據

可對上下級硬件設備進行滿足監(jiān)測系統(tǒng)對采集設備自

硬件數(shù)據接口適指令控制動化、批處理等的要求

應性可對上下級硬件設備數(shù)據開發(fā)針對各級設備的數(shù)據接

接口自適應匹配口

可對上下級硬件設備進行

符合監(jiān)測系統(tǒng)對采集數(shù)據的

采集模式、閾值、采樣頻率

具體要求

等參數(shù)的設置

各級采集硬件可通過配置

參數(shù)配置信息可在各級設備

文件、配置信息數(shù)據庫實現(xiàn)

間共享或同步配置，方便數(shù)

參數(shù)配置傳感光纖和設備參數(shù)設置

據的導入和導出

軟件性能的共同配置

參數(shù)設置包括采集設備運

能適應非全時采集方式的需

行與關閉以及閾值、定時等

求

觸發(fā)方式的設置

采樣頻率、分辨率、精度、符合監(jiān)測系統(tǒng)對采集數(shù)據的

采集指標

范圍等符合要求具體要求

實時繪圖繪制監(jiān)測信號的實時曲線能繪制監(jiān)測信號的時域曲線

信號調理與預處對信號進行符合監(jiān)測要求設置閾值法、平均值法以及

理的調理、預處理其他濾波方法

傳感光纖異常可采用閾值預警法，閾值按

根據監(jiān)測系統(tǒng)需求和評估，監(jiān)測和評估需求設立，并根

預警管理信號數(shù)據異常

預設合理的預警模式據實際情況進行調整，同時

設備異常保證預警信息能送達用戶

設計簡便高效的人機交互

建議針對不同用戶設計多版

人機交互設計方式，且對用戶操作有適當

本的終端軟件

的提醒和容錯機制

易用性

具備部分后端數(shù)據分析處建議集成數(shù)據分析系統(tǒng)的如

數(shù)據分析

理系統(tǒng)的功能，或留出便利前處理、除錯、粗略判斷等

前處理功能

的數(shù)據接口功能

登錄時間軟件登錄時不卡頓用戶登錄時間小于1s

軟件頁面切換響應時間小于

頁面切換頁面切換時不卡頓

2s

性能效率

數(shù)據查詢數(shù)據查詢操作時不卡頓數(shù)據查詢響應時間小于5s

數(shù)據分析數(shù)據分析操作時不卡頓數(shù)據分析響應時間小于15s

6.3.5數(shù)據處理前應進行初篩及預處理，剔除非結構變化引起的異常數(shù)據，并降

低數(shù)據中的噪聲干擾。

6.3.6數(shù)據分析處理之前，應正確處理粗差、系統(tǒng)誤差、偶然誤差等。

條文說明：在利用采集得到的數(shù)據計算被測結構的應變與溫度之前，可根據表5

中的要求對數(shù)據進行處理。

表5數(shù)據處理項目及方法

處理項目處理方法

粗差、異常點判斷異常點產生原因，剔除系統(tǒng)自身的粗差

偶然誤差用平均值法消除

誤差

系統(tǒng)誤差通過修正儀器消除

平均值法

低通濾波

靜態(tài)監(jiān)測采用平均值法；

濾波降噪高通濾波

動態(tài)監(jiān)測按需設置各類濾波器

帶通濾波

其他濾波

?25?

去趨勢項按需進行

截斷截選離散非時限信號有限時長內的數(shù)據樣本進行處理

6.3.7傳感光纜感測點處的應變或溫度測量值可利用下式中的布里淵頻移分析計

算得到：

v(0,T)v(0,T)

T0

CT

（）

v(,T)v(,T)CT6.3.7