通用土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平

臺閆晗

摘 要土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是針對特定結(jié)構(gòu)進(jìn)行的獨(dú)特平臺設(shè)計(jì)，是在現(xiàn)代信息工程軟件基礎(chǔ)上開發(fā)的傳統(tǒng)器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、情況判定模塊的具體組成。

【關(guān)鍵詞】土木工程 結(jié)構(gòu)監(jiān)測 系統(tǒng)平臺

運(yùn)用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺可以實(shí)現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)的動態(tài)實(shí)時監(jiān)測，可以對結(jié)構(gòu)及環(huán)境進(jìn)行全面的判定，從而達(dá)到科學(xué)維護(hù)土木工程結(jié)構(gòu)的目標(biāo)。

1 土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺概述

1.1 健康監(jiān)測系統(tǒng)概念綜述

土木工程健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺主要運(yùn)用傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)信息的收集，找出影響土木工程結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性因素，并且對土木工程結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行判斷定性，達(dá)到科學(xué)判定土木工程結(jié)構(gòu)損傷或退化程度的目的。土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是動態(tài)化的工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測和安全識別的系統(tǒng)，它可以依據(jù)各種數(shù)據(jù)信息的收集，實(shí)現(xiàn)對土木工程結(jié)構(gòu)的綜合預(yù)判。目前土木工程結(jié)構(gòu)損傷主要有突然性的結(jié)構(gòu)操作和漸進(jìn)性的損傷兩種，突然性的損傷通常是由臺風(fēng)、地震、洪水等自然災(zāi)害或不可抗力造成的。還有一種就是累積型的慢性損傷，這種損傷主要由于長期確定因素造成的。通過使用系統(tǒng)監(jiān)測平臺的方法可以實(shí)現(xiàn)對長期慢性損傷進(jìn)行全面監(jiān)控，達(dá)到運(yùn)用不同技術(shù)手段提高土木工程結(jié)構(gòu)安全等級的目標(biāo)。

1.2 健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺組成

土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)采用的是實(shí)時監(jiān)測的方法，要求運(yùn)用在線監(jiān)測的方法關(guān)注時實(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)信息的變化，其監(jiān)測的原理是通過工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的變化，科學(xué)判定具體的損傷位置和損傷程度，主要進(jìn)行損傷識別與損傷評估兩個部分工作。土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)具體由傳感器系統(tǒng)、數(shù)擾采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)、安全評估系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理存儲系統(tǒng)等幾個模塊組成。具體來說，傳感器系統(tǒng)主要用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的測量，并且把各種物理量轉(zhuǎn)化成為電子信號進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)采集與處理傳輸系統(tǒng)主要由軟件和硬件系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)信息的全面處理，并且把數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測中心，由操作識別系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理。安全評估系統(tǒng)主要用來進(jìn)行安全預(yù)警，然后將分析的數(shù)據(jù)信息存儲在管理子系統(tǒng)當(dāng)中，從而對土木工程監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的管理。

1.3 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)必要性

土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)主要于對土木工程結(jié)構(gòu)變化情況進(jìn)行全程監(jiān)測，這對于復(fù)雜的大型土木工程結(jié)構(gòu)情況分析有重要的應(yīng)用價值。對于我國土木工程管理來說，由于工程難度較大，工程量的不斷增加，加上土木工程施工進(jìn)度的加快，這使得土木工程結(jié)構(gòu)及施工管理變得極為復(fù)雜，無論是土木工程的設(shè)計(jì)勘查階段，還是土木工程的后期施工階段，都存在著較大的不確定性和復(fù)雜性，有些土木工程的需要充分的考慮地下環(huán)境的影響因此作業(yè)壓力較大，這就需要使用科學(xué)的技術(shù)手段來保證土木工程結(jié)構(gòu)的健康，在土木工程結(jié)構(gòu)運(yùn)營管理中使用健康監(jiān)測的方法，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時反饋，可以達(dá)到優(yōu)化土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證工程安全性，提高土木工程健康監(jiān)測全面系統(tǒng)性的目標(biāo)。

2 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺分析

2.1 平臺的模塊組成

雖然不同的土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺的組成不同，其結(jié)構(gòu)形式存在著差異，監(jiān)測系統(tǒng)平臺主要由于由以下模塊構(gòu)成：首先，傳感器系統(tǒng)是土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的基礎(chǔ)，也是土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的最基礎(chǔ)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要屬于硬件系統(tǒng)，其功能是進(jìn)行感知結(jié)構(gòu)和傳遞效應(yīng)信息。它具體的光電熱等物理量的形式進(jìn)行信息輸出。其次，軟件模塊主要由于數(shù)據(jù)信息處理平臺構(gòu)成，目前主要采用的是VC++、LabView、Visual Basic等系統(tǒng)軟件開發(fā)而成，其主要應(yīng)用于收集存儲傳感器收集的信息，并且運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行還原，實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)的模擬，以及對土木工程結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行判定等。目前常用的軟件平臺還包括修正軟件、矩陣實(shí)驗(yàn)軟件，結(jié)構(gòu)損傷識別軟件等不同的應(yīng)用項(xiàng)目，這些項(xiàng)目可以綜合的運(yùn)用數(shù)據(jù)得到有價值的判定信息。

2.2 平臺的具體應(yīng)用

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測平臺是依靠現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集的綜合性平臺體系，它主要應(yīng)用于以下幾個方面。

（1）可以用于監(jiān)測土木工程結(jié)構(gòu)的變化情況，掌握結(jié)構(gòu)的損傷程度和變化趨勢。

（2）可以用于對土木工程結(jié)構(gòu)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，用于環(huán)境對結(jié)構(gòu)影響的綜合判定。

（3）監(jiān)測結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，對結(jié)構(gòu)的損傷情況提出預(yù)警信息。

（4）對結(jié)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行評估，并且為結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)提出綜合性的意見和計(jì)劃。

（5）還可以對監(jiān)測系統(tǒng)自身進(jìn)行優(yōu)化，并且根據(jù)智能化的使用需求，對軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級，從而開發(fā)出個性化的用戶使用功能。

（6）在通用型模塊的基礎(chǔ)上，土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺還可以開發(fā)出不同的應(yīng)用模塊，著力提高信息的預(yù)處理能力，以及實(shí)現(xiàn)由網(wǎng)內(nèi)信息向網(wǎng)外傳輸，運(yùn)用對比統(tǒng)計(jì)分析諒地，實(shí)現(xiàn)位移和內(nèi)力等結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。

2.3 平臺的監(jiān)測內(nèi)容

土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺的監(jiān)測內(nèi)容不斷豐富，現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)平臺可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)中所有遇到內(nèi)容的全面監(jiān)測，并且可以根據(jù)自定義要求進(jìn)行具體監(jiān)測，這樣可能對特別監(jiān)測內(nèi)容實(shí)現(xiàn)有效的處理，達(dá)到同一平臺對不同結(jié)構(gòu)監(jiān)測的立體監(jiān)測。目前常用的監(jiān)測內(nèi)容有：幾何監(jiān)測，主要對土木工程結(jié)構(gòu)的各部門的靜態(tài)情況進(jìn)行監(jiān)測，具體監(jiān)測橋梁墩、塔、沉降、傾斜、線型變化和最大偏移情況等。索力監(jiān)測，主要用來進(jìn)行預(yù)應(yīng)力索、吊索、主纜索等結(jié)構(gòu)中內(nèi)變力的監(jiān)測。振動檢測，主要在結(jié)構(gòu)動態(tài)荷載下監(jiān)測具體的位移、速度等隨時間變化的情況。同時還要實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析，從而得出位移模態(tài)等。環(huán)境荷載監(jiān)測，主要監(jiān)測溫度、濕度、地震、風(fēng)浪等結(jié)構(gòu)的影響。構(gòu)件耐久性監(jiān)測，主要進(jìn)行混凝土的強(qiáng)度，氯離子的滲透深度、鹽入侵度、抗凍、銹蝕的情況等。

3 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺應(yīng)用方向

3.1 應(yīng)用的廣度增加

隨著土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的日益成熟，該系統(tǒng)平臺可以應(yīng)用于我國各類土木工程系當(dāng)中，不僅應(yīng)用的頻率增加，而且可以實(shí)現(xiàn)對各種土木工程的綜合應(yīng)用，具體包括橋梁、建筑、隧道、山體工程和海洋土木工程等復(fù)雜的工程項(xiàng)目。

3.2 智能化發(fā)展方向

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，為土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺提供了更廣泛的應(yīng)用空間，當(dāng)前可以在CHMS的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)平臺應(yīng)用功能的無限擴(kuò)展，可以在友好的人機(jī)交互頁面下實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，同時還可以開發(fā)智能化的應(yīng)用功能，花前月下可以選用個性化方法集，對結(jié)構(gòu)動態(tài)參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置。

4 結(jié)論

運(yùn)用土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺可以實(shí)現(xiàn)智能化與個性化的監(jiān)測目標(biāo)，可以對各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的搜集，達(dá)到綜合評定結(jié)構(gòu)健康性的目標(biāo)。

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作者簡介

閆晗（1988-），男，內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市人。大學(xué)本科學(xué)位。現(xiàn)為河北省涿州市中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司員工、助理工程師。主要研究方向?yàn)橥ㄓ猛聊竟こ探Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺。

作者單位

河北省涿州市中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北省涿州市 072700endprint