近年來，受惠於經濟的快速發展，各式各樣的橋梁如雨後春筍般矗立在大江南北的各個角落。不論是在（zài）沿（yán）海或內陸，都可以看到蜿蜒的道（dào）路（lù）穿梭於起伏的大地之上，如彩帶一（yī）般，編織出一張美麗的路網。在這（zhè）路網之上，橋梁是節點也是地標，關係著整（zhěng）個路網的有效運（yùn）行。因此，如何維護橋梁的健（jiàn）康安全、確保整個（gè）路網的有效（xiào）運行（háng），便成了當前土木工程界的重要課題（tí）之一，這也是近年（nián）來，有關橋梁的監測研究在（zài）國內逐（zhú）漸蔚為風潮的原（yuán）因。

傳（chuán）統橋梁監測法

所謂傳統的橋梁監測法（fǎ），就是直（zhí）接從橋梁的響應獲（huò）取橋梁的訊息。因為所有的傳感器都是直接安（ān）裝（zhuāng）在橋體上，所以也被（bèi）稱作直接量測法。筆者1993年主持（chí）的（de）台北圓山高架橋動力（lì）及靜力特性之（zhī）監測（cè）及分析項（xiàng）目，即是典（diǎn）型的一例。凡是到過台北的（de）朋友應該都看到過這座高架橋，它坐落（luò）在圓山飯店前，與第一（yī）高速公（gōng）路平行，猶如兩條蛟龍，跨越淡水河，從圓山飯店前穿梭而過，成為北台（tái）灣最為繁忙的交通要道之一。這座高架橋係統由多個混（hún）凝土預力橋單元所組成，每個單元由3～5跨不等，跨距短者70m，長者達175m，這也是當時台灣此類橋型中跨距最長的。
圓山高（gāo）架橋動力監測的研（yán）究主題（tí）包括：橋體微動（dòng）測試、橋體受（shòu）地震力動力（lì）分析、橋體受車輛載（zǎi）重動力分析、橋體與土壤互（hù）製作用等。在靜力監測方麵（miàn）的重點則是：橋體在環境溫（wēn）度變化下的力學行為、以量測結（jié）果驗證結構之力學行（háng）為、混凝土（tǔ）之長期潛變與幹縮（suō）效應，以及預力混凝土之長（zhǎng）期力學行為等。
為了達成上述動（dòng）力（lì）與靜力監測的需求，我們安裝（zhuāng）了為數不少的地震計、動態鋼筋計、水壓計、混凝土（tǔ）應變計、靜態鋼筋計、傾斜計、位移（yí）計、液壓（yā）式（shì）沉陷計、混凝土溫度計等。
    根據筆者20餘年在橋梁直接量測方麵的工作經驗，得出以下總結（jié）：直接量測法基本上（shàng）是一橋一係統，須在橋梁上（shàng）布設各種傳感器、傳輸線（或無線訊號收發（fā）器）及資料搜集器等，建置成（chéng）本高、耗費人力、不具（jù）備移（yí）動性。雖然這種方法可以全時掌握橋梁（liáng）的信息，並且理論上可長期（qī）監測某座橋梁。但是，傳感器畢竟是有壽命（mìng）的，維護（hù）不易（yì），且電子設備也會逐年老舊,慢慢被淘汰。此外,一般的橋梁多在野外,環境溫度、濕度變化劇烈；如果橋梁位於海邊，還會（huì）受到鹽害的影響。因此，如果想要一個（gè）監測係統持續工作（zuò）20年以上（shàng）,必須（xū）持續投入大量的（de）人（rén）力和（hé）物力，否則將難以實現。即便如此,這樣的（de）係統還存在海（hǎi）量資料難以（yǐ）處理，僅能量測橋梁上有限的傳（chuán）感器安裝點（diǎn）上的信息等問（wèn）題。

非傳統橋梁監測法

筆（bǐ）者及研究團（tuán）隊於1990年起，為順應當時台灣高鐵建設之需要，著手進行了車橋互製行為（wéi）的研究。早年的研究（jiū）以高速鐵路的車輛響應為重點，包括乘客舒適度等。後來，有感於傳統橋（qiáo）梁監測法所（suǒ）麵臨的種（zhǒng）種困（kùn）難，便在2004年提出《以移動車輛量測橋梁振頻》的非傳統量測法，或稱之為間接量測法，這在世界範圍內屬（shǔ）首（shǒu）創。自（zì）此，世界（jiè）各國學者風起雲湧，不僅（jǐn）將此法運用於橋頻的攫取，也將它應用到（dào）橋梁模態及其他動態參數的識別，甚至延伸（shēn）至橋（qiáo）梁損傷的偵測。
間接量測法（fǎ）的概念很簡單：它是利用一單（dān）軸的量（liàng）測車，在上麵安（ān）置一垂直向的地震儀，並將地震儀連接至一安置（zhì）於拖車內（nèi）的資料搜集器；然後（hòu），令拖車以定速通過所欲量測的橋梁，並在過程（chéng）中記錄地震儀的響應；最後，將地震（zhèn）儀所獲得的加速度曆時振動記錄，通過（guò）適（shì）當的數學轉（zhuǎn）換程序，即可分析出（chū）橋梁的動態特性，諸如頻率和模態等

此處是以一懸浮質量來模擬（nǐ）單軸的量測車（chē）。由於量測車的質量和橋（qiáo）梁相比，可謂極其（qí）微（wēi）小，因此在車與橋的耦合係統中，可將量測車視為子係統，而將橋梁視為母係統。當子係統通過橋梁時，其振動源完全來自母（mǔ）係統（tǒng）的（de）垂向振動，根據子母係統的動力學原理，子係統的振（zhèn）動內涵，除了自身（shēn）振動頻率外，悉將由母係統的頻率（lǜ）所（suǒ）掌控。
由上述說明可（kě）知，當量測車以定（dìng）速通過橋梁（liáng）時，其垂向（xiàng）振（zhèn）動因車橋耦合的關係，除自身振頻外，將完全由橋梁的垂向振（zhèn）頻所控製，因此我們隻要記錄量測車（即懸浮質量（liàng））通過橋（qiáo）梁時的振動曆程（chéng），並作適當的數學轉換處理，即可獲得橋梁（振動源）相關的動態特性，包（bāo）括頻率和模（mó）態等。此法不僅在理論上被證實為可行（háng），在（zài）現場實（shí）驗中也曾被成功地加以印證（zhèng）。

橋梁（liáng）間接量（liàng）測法的潛在優勢

橋梁間接量（liàng）測法就如同在醫院裏做掃描，或者請中醫把脈一樣，它不是無時無刻的（de）全身體檢，而是通過定（dìng）期、適時的監測來量取所需的橋梁動態參數，並以此來判斷橋梁是否健康（kāng）。這似乎是比較明智（zhì）的做法，因為它（tā）基本上不會出現資料海量的問題。
橋梁間接（jiē）量測法的最大優點就是具備（bèi）可移動性、機動性強，每次量測所需的時間很短、人力相對較少，並且可來（lái）回重複量測。
因為不是一橋一（yī）係統，故不須在橋梁上（shàng）布設感應子（zǐ）與儀器設備（bèi），可省下初期建置所需的人力和（hé）物力，也避開（kāi）了（le）傳統（tǒng）監測係統長期維護所麵臨的（de）難題。
傳統（tǒng）量測法僅能量測到感應子安裝的點位，這是有限的、不連續（xù）的點，但（dàn）卻是（shì）同步（bù）的。相對的，移動量測車可接（jiē）觸到橋跨中的每一點,所以（yǐ）空（kōng）間信息較為充分，可攫取的總體信息也比較多（duō）。唯一的問題是，每個點位量（liàng）取的時（shí）刻不（bú）一（yī）樣,屬於非同步攫取，因此需要較為高深的數學轉換。
另一方麵，量測車的成本極低，跟一個固定式的橋梁監測係統相（xiàng）比，其成本相差一至兩個量級。目前因處研發階段，還有實用上的困（kùn）難需要克服，我（wǒ）們最終的目標是建立優化的量測車設計準則，以普及到（dào）橋梁工程界使用。
很明顯，量（liàng）測車（chē）因具（jù）備移（yí）動性，適用於大範圍（wéi）內眾（zhòng）多橋梁的定（dìng）期（qī）、長期監測，也適用於多（duō）數橋梁的災（zāi）後及時檢測。目前，國內（nèi）外的研究趨（qū）勢是將此技術延（yán）伸到橋梁的損傷檢測。

橋梁間接（jiē）量（liàng）測法還需完善

工欲（yù）善其事，必先利（lì）其器。整個間接量測法的核心課題，就是建（jiàn）立一部性能良好（hǎo）、能夠充分反應橋梁（liáng）動力特性的量測車。這裏（lǐ）要考量的因素包括：量測車的操作速（sù）度、重量、阻尼（ní）、穩定度、輪胎材質、連接杆等。為便於實際應用，可能需要針（zhēn）對不同（tóng）的橋型，如梁型橋、斜拉橋、吊橋、桁（héng）架橋、拱橋（qiáo）、鋼橋、混凝土橋等，開（kāi）發出性能（néng）範圍不同的量測車。
在（zài）過去橋梁（liáng）的現場量測實（shí）驗（yàn）中，我們發現路麵的粗糙度是一個重要的影響（xiǎng）因素。過大的粗糙度如同“白噪聲”一般，會激蕩量（liàng）測車自身（shēn）的響應，對其振動曆時造成（chéng）汙染，使得子係統（量測車（chē））自身的幅值過大（dà），遮掩了母係統（橋梁）的（de）動態特性，並因此（cǐ）而降低橋頻的識別能力（lì）。針對（duì）此點，我們正在努力研發出適用的濾噪軟件，以排除粗糙度的影響。

解決門道在於（yú）軟硬兼施

本文介紹了當（dāng）前橋梁最新的量測法，也就是以移動車輛（liàng）量測橋梁振動特性的方法（fǎ）。此法是筆者及研究團隊於2004年首創，目前已成為國內外熱門的研究課題。根據目前的資料，除中國的大陸、港台地區外，其他各國也都有學者在進行後續的研究，如美國、日本、韓國、英國、愛爾蘭、澳大利亞、捷克、智利、希臘、丹麥、印度、塞浦路斯、越南等。
    綜上所述，橋梁間接量測法若要成功，就必（bì）須軟硬兼施。在硬（yìng）的方麵，則是量測車性能的優化；在軟（ruǎn）的方麵，就是防噪（zào）軟件的開發。當兩者都到位，這個技術就可廣泛（fàn）的派上用場了。
(作者係中國工程院院士、重慶大學土木學院榮譽院長、台灣大學土木係名（míng）譽（yù）教授)