李 文

中石化新星雙良地熱能熱電有限公司 山西 太原 030000

最近幾年，整個社會關心的重要話題就是土木工程健康問題導致的事故頻發(fā)，給人民的財產(chǎn)和人身安全帶來了巨大的影響。隨著經(jīng)濟發(fā)展，人們生活水平不斷提高，機動車的數(shù)量也不斷增加，由于道路橋梁等設施建造年代已久，給人們的安全帶來了巨大的隱患，因此，土木工程結構健康檢測系統(tǒng)的發(fā)展是重中之重。

1 土木工程結構健康檢測系統(tǒng)概述

建筑結構健康監(jiān)測系統(tǒng)是基于現(xiàn)代土木工程的發(fā)展而提出；土木工程結構健康檢測系統(tǒng)具有實時性、動態(tài)和連續(xù)等特點。該系統(tǒng)能夠及時地對建筑物進行日常狀態(tài)檢測，為管理者提供準確可靠數(shù)據(jù)。目前我國國內(nèi)對于工程項目建設中使用到了大量測量儀器設備以及相關技術手段來實現(xiàn)對建筑工程質(zhì)量水平及安全性方面的控制與管理；在建筑施工過程中采用先進科學方法提高工作效率及水平，確保建筑工程項目的經(jīng)濟性、實用性和穩(wěn)定性等性能指標都得到有效提升。在實際工程建設中，為了確保建筑項目質(zhì)量，需要對測量儀器設備、檢測技術等方面進行全面的改進和完善。

2 開展土木工程結構健康監(jiān)測的重要意義

土木工程結構的健康監(jiān)測是確保工程質(zhì)量、安全施工和降低成本投入等方面最有效的手段，提高了我國經(jīng)濟效益，為社會提供更多的物質(zhì)與精神財富。隨著科技水平發(fā)展以及人們生活水準提升，現(xiàn)代社會對建筑工程提出更高要求，因此需要不斷創(chuàng)新新技術來滿足現(xiàn)代化建筑需求并實現(xiàn)智能化管理。在當今階段土木工程建設中加入了大量新興信息技術手段來進行數(shù)據(jù)信息處理和傳遞工作是大勢所趨也是必然趨勢，隨著信息技術的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時代也隨之到來，其中就包括了對土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)研究。

3 現(xiàn)階段土木工程結構健康監(jiān)測的發(fā)展狀況

隨著科學技術的發(fā)展，土木工程結構在不斷地更新和完善，這就使得傳統(tǒng)的監(jiān)測方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會對建筑安全以及經(jīng)濟效益最大化要求。為了適應時代潮流與技術進步下土木工程建設需求，必須采用先進手段、現(xiàn)代化設備等進行科學有效且高效地分析。近些年來我國科研人員也開始研究更加智能化測量儀器來代替人工操作測量工具并取得了一定成效；隨著計算機和網(wǎng)絡通信技術的發(fā)展及應用，使得土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)在建筑結構中得到廣泛應用。

4 土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

4.1 土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的理論依據(jù)

目前，我國的工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)還沒有統(tǒng)一標準，這也是導致不同地區(qū)之間信息無法實現(xiàn)共享。由于各區(qū)域發(fā)展不平衡、經(jīng)濟水平差異等原因造成了數(shù)據(jù)的缺乏一致性問題；另一方面在同一個項目上進行檢測時存在著一定程度上重復性。因此為了解決這個難題就需要建立一個統(tǒng)一規(guī)范且高效運行機制，保證各個部門間協(xié)調(diào)合作以及有效監(jiān)控整個工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，以達到降低成本提高效益并及時掌握和了解實際情況變化。隨著時代的發(fā)展，人們對生活質(zhì)量要求越來越高，而隨之而來的是對建筑工程中所使用材料提出了更高的標準。因此為了滿足社會需求和建筑行業(yè)水平不斷提高，在土木工程結構設計時必須根據(jù)實際情況進行合理選擇與分析研究以達到最佳性能指標；同時也要注重經(jīng)濟性、安全性及環(huán)保性等方面考慮到其是否符合國家政策法規(guī)；還需要考慮施工過程當中可能會出現(xiàn)的各種意外狀況，以便及時對這些突發(fā)事件作出處理并采取相應措施來降低損失。

4.2 土木工程結構健康檢測系統(tǒng)的組成

4.2.1 傳感系統(tǒng)

傳感系統(tǒng)是一種通過傳感器采集外界信息的裝置，也稱為監(jiān)測和控制設備。傳感系統(tǒng)主要由被測量物體直接產(chǎn)生電信號并進行處理后再傳輸?shù)接嬎銠C中進行數(shù)據(jù)分析、存儲及顯示等工作。在土木工程結構中使用了多點式傳感技術與單片機相結合的方法來完成對建筑環(huán)境溫度變化以及濕度情況檢測，以實現(xiàn)對現(xiàn)場建筑環(huán)境溫度實時監(jiān)控的目的；通過將傳感器采集到的外部信息轉換成數(shù)字量輸入設備內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)，對數(shù)據(jù)進行分析處理，并通過計算機系統(tǒng)將其顯示在控制系統(tǒng)中，以達到實時監(jiān)測、監(jiān)控建筑結構環(huán)境的目的。隨著現(xiàn)代信息技術和自動化技術的發(fā)展與應用，通過研究土木工程結構健康檢測方法及手段來實現(xiàn)對環(huán)境溫度變化以及溫濕度情況及時有效地控制；從而為提高建筑工程質(zhì)量提供重要依據(jù)。

4.2.2 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是指對各種儀器設備、傳感器進行實時測量，并將其輸出到計算機中。在土木工程結構監(jiān)測技術的研究過程中，需要不斷完善相關的檢測方法和標準規(guī)范體系。隨著科學技術水平發(fā)展迅速以及人們生活條件改善等因素導致了許多新材料、新工藝以及新型產(chǎn)品應用快速發(fā)展；同時由于工程環(huán)境復雜多變及施工要求高程度地促進了對這些領域進行深入探索與研究，從而使數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)變得更加智能化和自動化。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對收集到的信息進行分析、綜合和判斷，并將其存儲在計算機中。數(shù)據(jù)采集預處理系統(tǒng)具有實時性，可重復性以及準確性。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)主要包括：傳感器檢測模塊、單片機控制模塊和信號放大電路等組成；該部分為監(jiān)測儀器提供了一個標準的測量參數(shù)范圍值（或頻率）；同時還可以通過鍵盤輸入設定好的參數(shù)或報警閾值來達到對儀器進行操作的目的，并實現(xiàn)人與機器之間遠程交互式監(jiān)控。

4.2.3 損傷識別和安全評估系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的主要目的是為了檢測和分析建筑結構中各個部件之間的相互作用，以實現(xiàn)對構件進行有效控制，以便達到預期目標。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)包括了傳感器、控制器等設備。通過收集到信息并加以整理分類后再傳送到計算機上；然后將這些信號轉化成電化學測量儀器或直接用于工業(yè)生產(chǎn)和科學研究過程中使用的各種裝置以及參數(shù)值；最后把這些信息轉換為數(shù)字化顯示出來供人們參考利用，以滿足用戶對建筑結構健康監(jiān)測與分析需要。目前常用到的是ADAMS軟件。ADAMS軟件具有快速、準確等特點。在建筑行業(yè)中使用最多也最普遍采用了AD軟件和PCB板技術實現(xiàn)信息收集與處理工作；此外還有基于嵌入式計算機或基于網(wǎng)絡通信技術建立起來一個虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DSP）和計算機數(shù)據(jù)中心，并通過這些設備將其傳送到電腦內(nèi)的數(shù)據(jù)庫里進行分析與計算，從而實現(xiàn)對結構的實時監(jiān)測、分析和控制。

5 土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的應用

結構健康監(jiān)測系統(tǒng)是一種基于計算機技術的、綜合利用傳感器和信號處理等相關手段，進行數(shù)據(jù)采集與分析，對土木工程中環(huán)境變化及狀態(tài)信息進行檢測、監(jiān)控以及反饋并做出相應反應的系統(tǒng)。隨著科技水平不斷提高，近年來在結構測量精度方面得到了很大提升，由于建筑行業(yè)具有高危險性因素多導致其施工難度大且復雜程度較高等特點使得工程建設過程中有許多不確定性問題存在于建筑工程項目之中；而傳感器技術和數(shù)據(jù)采集技術也為土木工程中的安全監(jiān)測提供一定保障，使得其在土木工程項目中的應用更加廣泛。結構健康監(jiān)測系統(tǒng)設計成功后，根據(jù)使用階段發(fā)生的問題改善內(nèi)部程序，達到更理想化的運行使用標準。結構檢測系統(tǒng)的應用需要明確的對象，根據(jù)常見的問題研究解決方案，在運行中的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)反饋參數(shù)存在不合理的現(xiàn)象時，可以首先尋求解決方案，進而更加深入地解決程序混亂的問題。在今后土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展過程中，特別注意量化問題對結構損傷程度，采用有效的方法和損傷量化指標，加強對非線性數(shù)據(jù)的處理效果，提高信息收集效果。

6 未來土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展展望

隨著時代的發(fā)展，土木工程建設規(guī)模不斷擴大，建筑領域也逐漸朝著高層化和大型化為目標。在這其中結構健康監(jiān)測技術是一個重要課題。目前我國工程建造中使用最多的是監(jiān)測與分析等方法，但是由于受人為因素、自然環(huán)境影響以及施工環(huán)境變化等諸多不確定性因素的制約，導致了這些測量結果往往不能準確地反映實際情況；同時由于傳統(tǒng)測量手段無法滿足對土木工程建設過程進行實時跟蹤，因此造成了大量數(shù)據(jù)浪費和損失的后果，嚴重限制著建筑業(yè)發(fā)展速度。近些年來，建筑領域仍然屬于新興技術，由于土木工程建筑的建造年代已久，土木工程建筑結構破壞得越來越多，因此，土木工程結構健康監(jiān)測系統(tǒng)擁有著十分廣闊的發(fā)展前景。今后結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展應注意以下幾個方向。首先是信息處理技術的研究。對于土木工程的健康監(jiān)測來說，信息處理有特別的意義，只進行監(jiān)測，不能合理處理監(jiān)測信息，監(jiān)測信息將會變得無效。近年來，發(fā)展較為迅速也就較成熟的是小波分析技術，小波分析技術可以識別正常信號中夾帶的瞬時異常反應現(xiàn)象，并且在結構健康監(jiān)測領域中起著重要的作用。其次重要的是傳感器的優(yōu)化配置技術。對于土木工程的健康監(jiān)測，無論使用什么方法傳感器都是不可缺少的。傳感器的配置需要優(yōu)化，研究設置幾個傳感器，分別研究設置在哪個位置監(jiān)視最有效。具體而言，傳感器的配置必須符合以下條件，控制成本，使得傳感器設置費用盡可能較少；消除噪音等外部的干擾，使得到的數(shù)據(jù)更加科學。對于沒有損傷，但是出現(xiàn)的疲勞狀況的土木工程建筑也應當能夠檢測出，對可能損傷的威脅進行合理的評估。目前傳感器的應用和優(yōu)化配置廣泛應用于航空航天領域，土木工程的領域還不成熟。因此要充分參考在航空航天飛行中傳感器的應用，開發(fā)出可以在土木工程健康監(jiān)測系統(tǒng)的最佳配置方案和技術。

7 總結

隨著社會的進步，人們對生活質(zhì)量要求不斷提高，因此，建筑行業(yè)在滿足人民需求基礎上必須要有更多的新技術、新型材料以及更為先進合理高效的施工設備，對我國土木工程結構健康檢測系統(tǒng)的發(fā)展起到積極作用。