一、行业背景

我国基建规模庞大，大量桥梁、水利大坝、公路铁路隧道、大型岩土构筑物陆续建成并投入运营。大型土木工程构筑物在全生命周期服役过程中，长期承受温度交变、车辆荷载、水压力、地质沉降、风化侵蚀等多重外部作用，会逐步产生应力集中、开裂、渗漏、形变等结构损伤。如果隐患无法及时被发现，持续累积将诱发桥梁垮塌、大坝渗漏溃决、隧道衬砌破坏等重大安全事故，造成巨大人员与财产损失。

传统土木工程监测手段以点式传感器、人工定期巡检为主。点式应变计、温度计只能获取离散点位数据，大量区域处于监测盲区；传感器多为电子器件，长期暴露在潮湿、强电磁、高低温户外环境，容易老化漂移，需要频繁维护更换。人工巡检受天气、作业条件制约，只能做到周期性检查，无法实现7×24小时不间断在线监测，微小早期裂缝、内部温度梯度变化很难被肉眼识别。伴随着基建运维向着一体化、数字化、智能化转型，行业急需一套长距离、无源可靠、可以连续感知结构状态的监测技术。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司推出面向土木工程领域分布式光纤传感整体解决方案，依托拉曼DTS分布式测温、布里渊BOTDR/BOTDA温度‑应变一体化传感技术，以传感光缆作为感知载体，现场无有源电子器件，具备本征安全、抗电磁干扰、耐潮湿腐蚀、使用寿命长的特点。可针对大跨度桥梁、水利大坝、公路铁路隧道、边坡基坑开展分布式在线监测，实时采集结构温度、应变，识别应力集中、混凝土开裂、渗漏渗水、隧道过热火灾等风险，精准定位隐患位置，实现从“事后处置"转向预防性维护，提升重大基础设施运行安全性。

二、传统监测模式现存痛点

1. 测点离散，存在大量监测盲区

传统点式传感器只能够监测传感器安装点位，两个测点之间的区域无法感知。大坝内部温度梯度、桥梁箱梁局部应力、隧道衬砌细微开裂很容易遗漏，早期损伤无法捕捉。

2. 户外环境耐受性差，设备寿命短

桥梁、大坝、隧道现场湿度大、温差剧烈，还有雷电电磁干扰。电子类传感器极易出现零点漂移、防水失效故障。土木工程设计服役寿命普遍50‑100年，普通传感器仅5‑8年寿命，需要反复更换，部分高危位置检修施工难度大，运维成本居高不下。

3. 故障定位能力不足

传统传感器只输出本点位数值，当结构出现异常，无法给出精确位置，运维人员需要大面积排查，耗费大量时间人力。

4. 人工巡检局限性突出

高危墩柱、大坝坝体、隧道顶部等位置人员作业风险高；巡检为周期式，无法捕捉突发形变、温度突变；细微内部损伤肉眼无法识别。

5. 多系统数据难以融合

各类分散传感器型号繁杂，协议不统一，很难统一接入数字化平台，不利于构筑物数字孪生建设。

三、分布式光纤监测系统技术方案与核心优势

整套土木工程光纤监测系统包含：分布式光纤解调主机、通信传感光缆、光缆固定与预埋配件、通信网关、组态监控软件、报警输出模块。根据监测对象，灵活选用DTS分布式测温系统，或者BOTDR/BOTDA温度‑应变一体化监测系统。光缆既是传感元件也是传输介质，监测现场不需要供电。

3.1 无源本征安全，适应复杂野外工况

传感介质二氧化硅光纤，现场全部无源，无电火花风险；抗雷电、抗强电磁干扰，防水耐腐蚀，适配隧道潮湿环境、大坝高湿度环境、桥梁露天昼夜温差大的工况。

3.2 全线分布式连续感知，消除监测盲区

一条光缆可实现数十公里链路连续测量，做到“光缆敷设到哪里，监测就覆盖到哪里"。光缆可以预埋进混凝土内部，也可以贴装于结构表面。米级空间分辨率，可以精准捕捉局部应变集中、局部温升，直接输出隐患距离位置，引导运维精准处置。

3.3 超长服役寿命，匹配基建长周期运维

传感光缆本体设计寿命30年以上，可以跟随构筑物长期服役，大幅降低传感器更换频次，减少高空、临水高危作业，显著降低全生命周期运维成本。

3.4 多参量组合监测，适配土木工程多类风险

• DTS（拉曼散射）：分布式温度监测，适合隧道火灾预警、坝体温度场监测，支持多级温度阈值报警；

• BOTDR/BOTDA（布里渊散射）：同步采集温度与应变，识别混凝土开裂、结构形变、应力集中，用于桥梁、大坝、边坡结构健康评估。

系统具备本地显示、远程云访问功能；超限实现声光、继电器、平台弹窗多级告警；全部历史数据自动存储，支持趋势分析、事故回溯，可对接项目现有平台与数字孪生系统。

四、土木工程典型应用场景

4.1 大跨度桥梁结构健康监测

大跨斜拉桥、箱梁大桥长期受车辆荷载、温度交变影响，箱梁内部会出现温度梯度，引发应力集中，造成裂缝病害。

方案：传感光缆预埋或者粘贴在箱梁、桥塔、拉索附属结构。布里渊系统监测分布式应变，识别应力集中、开裂变形；DTS采集箱梁全域温度，分析温度应力影响。及时捕捉早期结构损伤，评估桥梁健康状态。

4.2 水利大坝安全监测

大坝安全事关下游群众生命财产安全。大体积混凝土大坝浇筑后内部水化热形成温度梯度，容易产生内部裂缝；后期运行存在渗漏、形变风险。

将传感光缆预埋到大坝混凝土各层内部，BOTDR/BOTDA获取坝体内部应变分布；DTS获取大坝内部完整温度场。通过温度数据识别渗漏通道（渗水区域温度会发生明显变化），预判裂缝、渗漏风险，为大坝安全评估提供连续实测数据。

4.3 公路、铁路隧道监测

隧道两大核心风险：衬砌结构开裂形变、隧道内车辆起火火灾。

1）结构健康：光缆贴附或者预埋隧道衬砌，布里渊系统监测衬砌应变变化，及时识别开裂、围岩挤压变形；

2）火灾预警：DTS测温光缆沿隧道拱顶全线布设，一旦发生车辆起火，快速识别温度异常，输出火灾精确位置，联动消防、应急疏散系统，为应急处置争取宝贵时间。

4.4 边坡与基坑工程监测

山体边坡、深基坑，受降雨地质活动影响容易发生滑移。布设布里渊传感光缆，监测岩土体形变，提前捕捉滑移前兆，防范滑坡事故。

五、工程实施要点

6. 光缆选型：室内隧道选用普通护套传感光缆；露天桥梁、大坝户外区域选用耐候防水、抗紫外线护套光缆。

7. 敷设工艺：新建工程优先将光缆预埋进混凝土构件内部；既有构筑物改造，采用表面粘贴、卡扣固定。保证光缆和被测结构紧密耦合；严格控制弯曲半径，避免挤压损伤光缆。隧道内做好防冲击防护；大坝做好防水防护。

8. 主机部署：解调主机放置于监控机房，光缆做好防水接头处理；完成系统标定，设置项目专属报警阈值。

9. 系统对接：支持标准协议对接第三方监控平台、数字孪生系统；做好人员培训，建立后期运维校验机制。

六、综合效益分析

安全效益：实现大型基础设施7×24小时不间断在线监测，捕捉早期微小损伤，变事后抢修为预防性维护，规避桥梁垮塌、大坝渗漏、隧道火灾等重大事故风险。

经济效益：减少高空、临水高危巡检频次；长寿命光缆降低传感器更换成本；隐患精准定位，减少大面积排查工作量，降低运维投入，避免重大事故带来巨额经济损失。

数字化价值：连续海量实测数据，支撑基建数字化、数字孪生建设，为重大构筑物全生命周期健康评估提供数据底座。

七、总结展望

我国大量桥梁、大坝、隧道逐步进入运维期，传统点式传感器加人工巡检模式，越来越难以满足现代化基础设施安全管控的需求。分布式光纤传感技术凭借无源安全、分布式无盲区、长寿命的独特优势，适配土木工程各类复杂工况。在大跨度桥梁应力温度监测、水利大坝温度场与渗漏识别、隧道结构与火灾预警、边坡基坑监测领域，发挥重要价值。

北京鸿鸥成运仪器设备有限公司，提供硬件设备、方案设计、技术支持一体化服务，以光纤感知技术守护重大土木工程基础设施安全，助力国内基建运维智能化升级。

分类全套关键词

论文摘要关键词

分布式光纤传感；土木工程；结构健康监测；桥梁监测；大坝监测；隧道火灾监测；BOTDR；DTS

行业场景类

土木工程；结构健康监测；大跨度桥梁；水利大坝；混凝土坝；公路隧道；铁路隧道；边坡监测；基坑监测；基础设施运维；大体积混凝土；水化热；渗漏监测；衬砌开裂；预防性维护

技术原理类

拉曼散射；布里渊散射；DTS分布式测温；BOTDR；BOTDA；光时域反射OTDR；温度‑应变耦合；分布式温度场；应变监测

硬件设备类

光纤解调主机；耐候传感光缆；预埋传感光缆；表面贴装光缆；光纤监测系统；组态监控平台；数字孪生

监测物理量

分布式温度测量；分布式应变测量；应力集中识别；混凝土裂缝监测；隧道火灾定位；坝体渗漏识别；温度梯度

工程施工类

光缆预埋；表面粘贴敷设；光缆防护；解耦补偿；系统标定；野外工程施工

价值痛点类

无源本征安全；抗电磁干扰；消除监测盲区；长寿命；7×24在线监测；早期隐患预警；重大基础设施安全

英文关键词

Distributed optical fiber sensing；Civil engineering；Structural health monitoring；Bridge monitoring；Dam monitoring；Tunnel fire monitoring