目前我國土木工程事故頻（pín）繁發生，如橋梁的（de）突然折斷、房屋驟然（rán）倒塌等，造成了重大的人（rén）員傷亡（wáng）和（hé）財產損失，已經引起人們對於（yú）重大工程安全（quán）性（xìng）的（de）關心及重視。
另外，我國有很多橋梁和（hé）基礎設施都是在20世紀五六（liù）十（shí）年代建造的，經（jīng）過這麽多年的使用，它們的安全性能如何？是否對人民的生命財產構成威脅？這些都是亟待回答的問題。
近（jìn）些年，地震，洪水、暴風（fēng）等自然災害也對這些建築物和（hé）結構（gòu）造（zào）成不同程度的損傷；還有一些人為的爆炸等破壞性行為，如美國（guó）世貿大樓倒塌對周圍（wéi）建（jiàn）築物的（de）影響。這些越來越引起人們的密切關注。
實時的監測和診斷重大（dà）工程結構的結構性能，及時發現結構的損傷，並評估其安全性，預測結構的（de）性能變化和（hé）剩餘壽命並做出維護（hù）決定，對（duì）提高工程（chéng）結構的運營效率，保障人民生命（mìng）財（cái）產安全（quán）有極其重大的意義，已（yǐ）經成為現（xiàn）代工程越來越迫切的要求，也是（shì）土木工程學科發（fā）展的一個重要領域。
結構健康監測係（xì）統可以（yǐ）實（shí）時采集反結構服役狀況的相關數據，采用一定的損傷識別算法判斷損傷的位置與程（chéng）度（dù），及時有效（xiào）地評估結構的安（ān）全性，預測結構的性能變化並對突（tū）發事件進行預警（jǐng），因而可以較全麵地把握結構建造與服役全過程的受力與損傷演化（huà）規律，是保障大型工程結構隱建造和服役安全的有效手段之一。
1、健康監測係統（tǒng）的基本（běn）概念
結構（gòu）健康監測（structuralhealth monitoring，SHM）是指利用現場的無損傳感技術，分析通過包括結構響應（yīng）在內的（de）結構係統特性，達到檢測結構損傷或退化的一些變化。
損傷識別
工程結構一（yī）般會受到兩種損傷，即突（tū）然損傷和積累損傷。
突然損傷：由遭地（dì）震、洪水、颶風、爆炸等嚴重的自然（rán）或人為災害等突發事件引起；
積累（lèi）損傷：一般是結構在經過長時期（qī）使用後（hòu）緩慢累積的（de）損傷，具有緩慢積累的性質。
對於損傷識別的目標，有工程師提出了損（sǔn）傷檢測的五個層次（cì）：
1. 判斷結構中是否有（yǒu）損傷產生；
2. 損傷定位（wèi）；
3. 識別損傷類（lèi）型；
4. 量化損傷的嚴重程度；
5. 評估結構的剩餘壽命（mìng）。
理想（xiǎng）的損傷識別方（fāng）法應該具備（bèi）的另一重要性能是，能夠（gòu）區分結（jié）構建模誤差引起（qǐ）的偏差與（yǔ）結構損傷引起的偏差間的區別。
安全性評估
結構安全性評估是基於健康監測和損傷（shāng）識別的基礎上，通過各種可（kě）能的、結（jié）構（gòu）允（yǔn）許的測試手段，測試其當前的（de）工作狀態，並與其臨界失效狀態進行比較（jiào），評價其安全等級。
對於不同的結構，其重要程度不同，安全等級也應該有所差別。安全性評估與可（kě）靠性不同（tóng），可靠性為一種概率、可能性，而安全性評估旨（zhǐ）在（zài）給出確定的安（ān）全等級。
2、結構健康監測係（xì）統組成及其功能分（fèn）析
結（jié）構（gòu）的健康（kāng）監測是一種實時的在（zài）線監測（cè）技術（shù）。一般健康監測係統包括以下（xià）幾個部分：
01 傳感（gǎn）器子係統
傳感器子係（xì）統為（wéi）硬件係統（tǒng），功能為感知結構的荷載和效應信息，並以電、光、聲、熱等（děng）物理量形式輸出（chū）。該子係統是健康監測係統最前端和（hé）最基礎的子係統。
02 數據采（cǎi）集與處理及傳（chuán）輸子係統
包括硬件和軟件兩部（bù）分，硬件（jiàn）係統包括數據傳輸電纜/光纜、數模轉換(A/D)卡等；軟件係統將數字信號以一定（dìng）方式存儲在計算（suàn）機中，數據采集（jí）通用軟件平台有Visual Basic，VC++，Delphi，Lab Windows或Lab View等。
采集的（de）數據經預處理後存儲（chǔ）在（zài）數據管（guǎn）理子係統中，數據采集子係統是聯係傳感器子係統與數據管理（lǐ）子係統的橋（qiáo）梁。
03 損（sǔn）傷（shāng）識別、模型修（xiū）正和（hé）安全評定與安全預（yù）警子係統
由損（sǔn）傷識別（bié）軟件、模型（xíng）修正軟（ruǎn）件、結構安全（quán）評定軟件和（hé）預警設備組成（chéng）。在該係統中，一般（bān）首先運行損傷識別軟件，一旦識（shí）別結構發生（shēng）損傷，即運行模型修正軟件和安全評定軟件。若（ruò）出現異常，則由預警設（shè）備發出（chū）報警信息。
損（sǔn）傷識別軟件通常由計算分析軟件平台開發，如MATLAB等；模（mó）型修正和安全評定軟件一般是結構分析軟件，如（rú）ANSYS和結構分析設（shè）計專門軟件等。
損傷識別是在結構（gòu）反應信息基礎上（shàng）進行的（de），結構反應信息由數據采集子係統（tǒng）采集後存儲在數據管理子係統中。
損傷識別（bié）和模型修正以及（jí）安全評定的結果，將作（zuò）為結（jié）構的曆史（shǐ）檔案數據存（cún）儲在數據管理子係統中（zhōng）。
04 數據管理子係統
它的核心為數據（jù）庫係統。數據庫管理結構建造信息、幾何信息、監測信息和分析結果等全（quán）部數據，它是結（jié）構健康監測係統的核心，承擔著健康監測係統的數據管理功能。
3、國內外的應用情況
國外·明（míng）石海峽大橋
在國外，結構健（jiàn）康監測係統已有較多的應用，除應用於大（dà）跨橋梁外，已經開始應用到高層複雜建築（zhù）的監測。
日本的明石海峽大橋為（wéi）主（zhǔ）跨1991m的3跨雙鉸懸索橋，於1998年4月5日（rì）通車。該橋抗震設計要求可（kě）以抵抗距震（zhèn）中150km的裏（lǐ）氏8.5級地震，抗風設計的設計（jì）風速（sù）在橋（qiáo）麵處為60m/s。
明石海（hǎi）峽大（dà）橋的建造采用了最新的抗風、抗震設計法，所以不僅必須檢驗設計時的假定，而且還要檢驗結構在強風和強（qiáng）震中的一些相關常數。另外需要監控其基本結構特性，即在正常狀態中溫度和其（qí）它條件發（fā）生變（biàn）化時橋梁的行為。
為調查這些項目，安（ān）裝（zhuāng）了一套監控係統。在觀測（cè）中，采用（yòng）GPS來（lái）監測梁（liáng）和塔的變形。
國內·虎門大橋
在國（guó）內，近（jìn）幾年結構健（jiàn）康監測係統（tǒng）的（de）應用逐漸增多，但由於健康監測係統集成技術複雜，成（chéng）本昂貴，我國的健康監（jiān）測係統多應用於大跨（kuà）橋（qiáo）梁。
虎門大橋位於珠江入海口，是連接珠江三角洲東西兩翼（yì）的交通（tōng）樞（shū）紐（niǔ）工程。虎門大橋（qiáo）全長4606m，主橋是跨徑888m的懸索橋，主梁采用扁平閉口流（liú）線型截麵鋼箱梁。
由於虎門大橋位於熱帶風暴多發地區，所以對橋梁的安全問題需要特別考慮和重視。
因此特地研究開發了虎門大橋健康監測係（xì）統。該係統主要包括虎門大橋三維位移GPS實時動態（tài）監測係（xì）統（tǒng）和虎門大橋應變監測數據處理係統。
4、存在的問題及發展方向
本文闡述了土木工程結構健康監測的基本概念、健康監測係統組成和功（gōng）能、以及目前的研究（jiū）應用現狀，重點討論了健康監測係統組成中的一些關鍵問題。就現在結構健康監測及診斷的研（yán）究發展水平來看，仍然存在以下幾個尚（shàng）待解決的問題：
1) 對結（jié）構健康狀態的評價缺乏通用有效的損（sǔn）傷量化指標。在基於振動的損傷診斷中（zhōng），要求測得的損傷（shāng）狀態（tài）的信號應與原始的健康狀態的信（xìn）號有明顯的差異，能夠準確地（dì）區分出（chū）結（jié）構的損（sǔn）傷（shāng）狀態和健康狀態（tài）。
當前存在的（de）一個矛盾是，結構的（de）自振（zhèn）頻率可準（zhǔn）確測量，但自振頻率（lǜ）對局部（bù）損（sǔn）傷不敏（mǐn）感；振（zhèn）型(尤其是高階振（zhèn）型)變化對局部損傷敏（mǐn）感（gǎn），但卻（què）難以精確（què）測量。
因此，應該（gāi）提出（chū）一種通用（yòng）有效的（de）損傷量化指標(或是針（zhēn）對某一類結構比較有（yǒu）效的動力指紋)，把結構的健康狀況進行（háng）簡（jiǎn）單的分級量化。
2) 由於大型土木工（gōng）程結構都是複雜非線性係統，而神經網（wǎng）絡和遺傳算法具有不需要（yào）知道係統的精確模型就可進行相應運算的特（tè）點（diǎn），因此在結構（gòu）的健康監測和診斷方麵具有廣闊的應用前景。小波分析由於有刻畫（huà）細節的能力，在數據的（de）處理方（fāng）麵也（yě）具有一定的優（yōu）勢（shì）。但各個方法均有其缺陷和（hé）局限性，綜（zōng）合使用幾種方法有時會獲得更好的分析效果。
3) 傳感器的優化布設（shè）是土木工程結構健康監測和診斷中的一個重要（yào）問題，出於對經濟（jì）和（hé）結構運行狀態等因素的考（kǎo）慮，應該做到使（shǐ）用盡量（liàng）少的傳感器獲（huò）取盡（jìn）可能多（duō）的結構信（xìn）息。
4) 微波等無線通訊（xùn）技術（shù）將是結構健康監測的重要發展方向（xiàng），無線監測係統可以大大減少結構上信號線的安裝數量，節約成本，不必擔心信號線的老化（huà）對信號采集的影響，具有廣闊的應（yīng）用前（qián）景。
5) 結構健康監測係統的研究是近年來土木工程領域發展的（de）重點課題，但目（mù）前結構健康監測（cè）係統的設計與開發（fā）還缺乏統一的標準或規程。