摘 要：近些年來，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，我國城鎮(zhèn)建筑的數(shù)量也不斷增加，其中有很多幾十年前的建筑如今已經(jīng)進(jìn)入了中老年階段，在使用功能等方面出現(xiàn)了不同程度的損傷，有很多甚至需要采取必要的加固措施之后才能繼續(xù)使用。對于已經(jīng)建成并且投入使用的建筑物的健康狀況進(jìn)行監(jiān)測，需要科學(xué)的監(jiān)測技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)，而土木工程智能健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的運(yùn)用，已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注，基于此，本文就主要針對智能健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的相關(guān)問題進(jìn)行簡單的分析。

關(guān)鍵詞：土木工程 智能健康監(jiān)測與診斷 監(jiān)測系統(tǒng)

通過科學(xué)的監(jiān)測手段對已有的土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康檢驗(yàn)與診斷，對其安全狀況進(jìn)行全面的評價(jià)，不僅能夠?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)的修復(fù)和控制提供必要的參考，同時也能為新的建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)總結(jié)一定的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，因此，對于如何有效的實(shí)現(xiàn)對土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測已經(jīng)成為了建筑行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)課題。健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的運(yùn)用，能夠?qū)ν聊竟こ探Y(jié)構(gòu)的損傷情況進(jìn)行全面的評價(jià)，對結(jié)構(gòu)應(yīng)變、加速度、位移等參數(shù)進(jìn)行確定，能夠較早的發(fā)現(xiàn)損傷，采取有效的處理措施，防止其擴(kuò)散。同時，由于土木工程結(jié)構(gòu)通常較為復(fù)雜，影響結(jié)構(gòu)性能的因素也十分多樣，所以對其監(jiān)測與診斷方面也比普通的監(jiān)測工作要復(fù)雜的多。筆者認(rèn)為，對于土木工程智能健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的研究，需要從以下三方面進(jìn)行。

一、智能傳感元件

對于土木工程所進(jìn)行的健康監(jiān)測，就是通過將性能穩(wěn)定的傳感元件埋入或者粘貼到工程結(jié)構(gòu)中，來獲得土木工程結(jié)構(gòu)安全狀況的實(shí)時監(jiān)測，能夠及時獲得準(zhǔn)確而全面的數(shù)據(jù)，以此來對工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性進(jìn)行評價(jià)。土木工程結(jié)構(gòu)通常都處在較為惡劣的環(huán)境中，因此對于傳感元件來說，必須要具有足夠的穩(wěn)定性和耐久性，而且對于不同的監(jiān)測要求應(yīng)當(dāng)具有一定的兼容性，才能滿足監(jiān)測的需要。當(dāng)前，在智能傳感材料方面，已經(jīng)有如光纖、壓電材料、碳纖維等多種類型，為土木工程的健康監(jiān)測提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如今這些智能材料已經(jīng)在航空、機(jī)械等多個領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，并且取得了一定的成果。

1.對于土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行短期監(jiān)測，可以通過智能材料來實(shí)現(xiàn)，而其中技術(shù)較為成熟的是電阻應(yīng)變絲的運(yùn)用，其不僅技術(shù)較為成熟，而且對使用設(shè)備的要求較低，但是在穩(wěn)定性方面卻稍差，容易受到外部因素的干擾。

2.要實(shí)現(xiàn)長期的監(jiān)測，光纖是較為理想的材料。雖然其對于外部設(shè)備有著更高的要求，但是其在使用的過程中具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗干擾性，在土木工程監(jiān)測方面也受到了較多的關(guān)注。

3.疲勞壽命絲用來對土木工程結(jié)構(gòu)的壽命和健康狀況進(jìn)行評估是最為理想的材料，因?yàn)槠渚哂杏涗洆p傷積累的功能。

4.為了在監(jiān)測的過程中進(jìn)行較好的效果，需要對其進(jìn)行一定的壓力施加，在這種情況下，形狀記憶合金的應(yīng)用就最為理想，其不僅具有傳感的功能，同時也具有驅(qū)動的功能。

二、信號智能處理

在土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測過程中會產(chǎn)生很多參數(shù)，如應(yīng)變、加速度、速度、旋轉(zhuǎn)燈，同時由于很多大型結(jié)構(gòu)需要布置較多的監(jiān)測點(diǎn)，所以需要使用盡可能多的傳感器，在不同的傳感器設(shè)置方面也由于需要不同的監(jiān)測參數(shù)而存在著一定的差異，特別是對于傳感器的監(jiān)測信號差異，所以就會產(chǎn)生一些問題，如同時使用多個傳感器會形成多個不同的通道和信號，而在同一信號的信道內(nèi)也會形成具有不同特征的信息，這時對于監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性就會產(chǎn)生一定的影響。近些年來，如何通過對傳感器的有效利用來增強(qiáng)信號的穩(wěn)定性已經(jīng)成為了人們廣泛關(guān)注的問題，而越來越先進(jìn)的傳感器融合技術(shù)也增強(qiáng)了智能健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的綜合處理能力，從而為土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測問題提供更多的技術(shù)支撐。多個傳感器相互融合的主要原理在于對多個傳感器資源進(jìn)行科學(xué)的搭配和合租，以此來形成不同的傳感器空間，在不同的空間之間實(shí)現(xiàn)有效的互補(bǔ)，便能夠?qū)ΡO(jiān)測對象實(shí)現(xiàn)一致的描述，從而保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。信號處理的核心內(nèi)容在于對信息的收集和處理，對于土木工程健康監(jiān)測來說，其核心內(nèi)容就是對土木工程結(jié)構(gòu)損傷特征的信息進(jìn)行提取，然后利用信號處理方法對各個傳感器的信息進(jìn)行智能處理，通過數(shù)據(jù)融合理論對各種信息進(jìn)行處理之后，便可以將其作為對結(jié)構(gòu)安全評價(jià)的依據(jù)。

三、健康診斷與安全評定

對于土木工程結(jié)構(gòu)的健康診斷與安全評價(jià)一般可以分為局部和整體兩個部分。局部診斷與評價(jià)所針對的是結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件，也就是通常意義上的無損檢測與評價(jià)，這方面的技術(shù)當(dāng)前已經(jīng)較為成熟，而且涉及到建筑工程領(lǐng)域的各個方面，如X射線法、超聲回彈法、硬度測試法、渦流法、磁粉法、同位素法等都是當(dāng)前使用的較為廣泛的檢測方法。雖然這些監(jiān)測方法的實(shí)施需要較高的成本，對于有些建筑結(jié)構(gòu)的特殊部位可以實(shí)現(xiàn)較高的測量標(biāo)準(zhǔn)，所以其仍然是可行的。整體診斷與評價(jià)則主要是針對土木工程結(jié)構(gòu)的特性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，如建筑物的頻率、振型等等，通過對相關(guān)參數(shù)的變化情況進(jìn)行監(jiān)測，能夠?qū)こ陶w的健康狀況進(jìn)行評價(jià)。當(dāng)前，在整體健康診斷與評價(jià)方面使用的較多的方法有以下幾種：

1.模型修正法。主要是利用有限元模型修正的原理，對于已經(jīng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn)測量，同時根據(jù)修正的模型對其準(zhǔn)確性和安全性進(jìn)行測定，這種方法雖然操作簡單，但是在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性方面卻不高。

2.對比法。利用對比法主要是通過一組假設(shè)的損傷情況，將其與結(jié)構(gòu)的真實(shí)測量結(jié)果進(jìn)行對比，數(shù)據(jù)最為接近的情況則最可能是土木結(jié)構(gòu)損傷的位置，運(yùn)用這種方法需要進(jìn)行大量的準(zhǔn)備工作，而且費(fèi)用較高，所以應(yīng)用的不多。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。融合自動控制、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、以及相應(yīng)的識別方法，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)辨識原理，充分利用其自適應(yīng)、自反饋、自學(xué)習(xí)功能、以實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)測試為手段，輸入模態(tài)參數(shù)，運(yùn)算處理得到損傷的位置，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的容錯性好，對輸入?yún)?shù)的準(zhǔn)確性要求不高，因此，其前景比較看好。

4.專家系統(tǒng)法。其主要是通過對專家解決土木工程健康診斷的思路和方法進(jìn)行模擬，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將所有的模擬方法進(jìn)行整合，通過包含大量專家意見的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對土木結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測與診斷，并且能夠及時有效的做出判斷，解決實(shí)際問題。專家系統(tǒng)診斷方法準(zhǔn)確性高，而且受外部歡迎的影響較小，所以也受到了廣泛的關(guān)注。但是由于其開發(fā)費(fèi)用較高，因此在投入使用方面也仍然需要全面的考慮。

結(jié)束語：

在現(xiàn)代建筑工程事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，土木工程結(jié)構(gòu)是其中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，也是影響建筑結(jié)構(gòu)安全性的主要因素。土木結(jié)構(gòu)在使用的過程中，會不同程度的受到來自外部環(huán)境、自身荷載等多種因素的影響而產(chǎn)生損傷，導(dǎo)致其抗力減弱，因此必須要通過及時、有效的健康診斷方法對其安全性進(jìn)行測量，從而判斷其健康狀況，采取有針對性的處理措施，提高土木結(jié)構(gòu)的安全性。也可以書，土木工程智能健康監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的研究與發(fā)展對于現(xiàn)代建筑事業(yè)的發(fā)展有著十分重要的推動意義。

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