【摘要】本文討論了如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與高層樓宇相結(jié)合以便提前預(yù)測出結(jié)構(gòu)的疲勞效應(yīng)、材料老化等對人類產(chǎn)生巨大影響威脅人類生命安全的災(zāi)難。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；高層建筑；結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測；傳感器；優(yōu)化布置

近年來建筑物不斷被破壞，除了火災(zāi)、地震，人類的粗制濫造等結(jié)構(gòu)性健康問題也是其元兇之一，如2008年汶川地震、2010年玉樹地震、中央電視臺電視文化中心發(fā)生火災(zāi)、上?！皹堑沟埂钡仁录际俏覀兯私獾?。建筑物的健康問題給人類施加了巨大的精神壓力，甚至能影響到生命健康安全。樓房因為健康問題發(fā)生災(zāi)難的事件屢見不鮮，給人們造成了巨大的恐慌，影響了人們的幸福生活。因此，為高層樓宇做一套健康監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行，以減少不必要災(zāi)難的發(fā)生，減少國家的建筑損失，保障人民生命財產(chǎn)安全不再受到威脅。

1、高層建筑健康監(jiān)測

眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)今社會信息技術(shù)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)，是利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的載體是無線傳感設(shè)備、無線射頻電子標(biāo)簽、處理器等，依據(jù)是一定的傳輸協(xié)議和云計算技術(shù)，傳輸方式分為有線形式和無線形式，最終的實現(xiàn)結(jié)果是根據(jù)現(xiàn)實生活中各種各樣的物品與互聯(lián)網(wǎng)相互連接，實現(xiàn)先進(jìn)的智能化監(jiān)測、識別、通信、定位、跟蹤、管理、監(jiān)控等功能。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到樓宇中是現(xiàn)在的熱門話題，這也是隨著社會發(fā)展的必然趨勢，因為人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高，對住房安全問題也越來越重視，健康安全的住所已是人們的必需，帶有物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)的樓宇也就成為了人們生命財產(chǎn)安全的保障。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)在時間上不能再耽擱，應(yīng)該盡早著手進(jìn)行研究，以便及早對樓宇健康和一切安全隱患進(jìn)行實時監(jiān)測，真正做到讓建筑業(yè)“健康”成長。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是最近幾年研究出來的一種新無損檢測技術(shù)，它根據(jù)結(jié)構(gòu)改變部位傳輸?shù)臄?shù)據(jù)對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測識別，包括材料特性的改變、結(jié)構(gòu)體系臨界條件的變化以及結(jié)構(gòu)的老化等，工程結(jié)構(gòu)的改變會影響結(jié)構(gòu)的可靠性。結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測是根據(jù)傳感器對結(jié)構(gòu)信息實時收集來的數(shù)據(jù)判斷結(jié)構(gòu)的健康狀況。對結(jié)構(gòu)長期進(jìn)行監(jiān)測可判斷其是否能夠繼續(xù)完成它的“使命”。

結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)檢測的項目主要包括應(yīng)力性監(jiān)測、傾斜度監(jiān)測、溫濕度監(jiān)測和煙霧濃度監(jiān)測四個監(jiān)測項目。

應(yīng)力性監(jiān)測主要針對的是主要受力較大的結(jié)構(gòu)部位，應(yīng)力是指由于受力而產(chǎn)生的形變，如果結(jié)構(gòu)不足以支撐荷載而產(chǎn)生過大形變便是潛在的危險。因為近些年地震頻發(fā)以及“豆腐渣”工程逐漸增多，應(yīng)力性監(jiān)測便顯得尤其重要。建筑物的傾斜度通常是因為受到了較大的風(fēng)荷載和地震荷載，但是也不排除盲目施工的樓宇等原因。傾斜度的監(jiān)測主要是監(jiān)測建筑的傾斜角，檢查監(jiān)測結(jié)果是否在安全傾斜范圍的標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，得出的結(jié)果反映給健康評估系統(tǒng)，然后做出樓宇健康評定等級，工作人員根據(jù)所評定的等級來采取相應(yīng)措施。近些年來火災(zāi)頻發(fā)，對室內(nèi)溫濕度的檢測必不可少。室內(nèi)溫濕度監(jiān)測可以準(zhǔn)確的顯示出建筑物內(nèi)的環(huán)境環(huán)境狀況，對預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生有重大作用，把監(jiān)測樓建筑內(nèi)溫濕度的結(jié)果與溫濕度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對，然后評定結(jié)果傳給健康評估系統(tǒng)，做出評定。煙霧濃度監(jiān)測與室內(nèi)溫濕度檢測有相似地方，煙霧濃度監(jiān)測主要是對發(fā)生火災(zāi)后對室內(nèi)煙霧和可燃性氣體進(jìn)行實時監(jiān)測，然后做出評定，以便疏散處于危險的人員。選擇合理的監(jiān)測系統(tǒng)來有效的監(jiān)測建筑當(dāng)時的工作狀態(tài)，如果選擇不合理反而會造成資源的浪費。

2、傳感器系統(tǒng)及其優(yōu)化布置

健康監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)、監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和健康評估系統(tǒng)。

傳感器系統(tǒng)除與物聯(lián)網(wǎng)健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架的第一層，是最基礎(chǔ)的設(shè)備，所以要合理的采用傳感器的種類和數(shù)量。

傳感器系統(tǒng)是相當(dāng)于監(jiān)測系統(tǒng)的經(jīng)絡(luò)，由各種測試結(jié)構(gòu)特征和周圍環(huán)境的傳感器組成的，可以監(jiān)測到荷載（地震荷載，風(fēng)荷載等）、結(jié)構(gòu)的動力靜力特性、結(jié)構(gòu)相應(yīng)（位移等）和溫度等變化。傳感器系統(tǒng)將收集到的周圍環(huán)境的變化傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，然后數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把這些變化以數(shù)據(jù)的形式傳遞給數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這些變化是否會對建筑物有所損害，最后把分析的結(jié)果傳遞給數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，得出的結(jié)果反映給健康評估系統(tǒng)。如果系統(tǒng)顯示建筑安全，監(jiān)測系統(tǒng)直接進(jìn)入下一次的監(jiān)測，否則將會發(fā)出危險警報信號，提示人們危險的到來，如果發(fā)出的信號是有安全隱患，那么就需要工作人員定對隱患進(jìn)行評定以此來消除隱患，結(jié)構(gòu)檢測系統(tǒng)以此種方式來預(yù)防災(zāi)難的發(fā)生。

傳感器從根本上講就是一種換能元件，它把監(jiān)測到的信息轉(zhuǎn)換為信號傳遞給下一層，所以要正確合理傳感器，防止傳感器應(yīng)用于不適應(yīng)其本身功能的環(huán)境，浪費不必要的資源。傳感器有振弦傳感器和光纖光柵傳感器。

在結(jié)構(gòu)健康觀測中只是傳感器的種類數(shù)量選對了并不能夠準(zhǔn)確檢測出“病癥”，還需要選擇正確的位置來布置傳感器即傳感器的優(yōu)化布置，傳感器布置到位才能有效地監(jiān)測環(huán)境的改變，增強(qiáng)監(jiān)測可靠性。對于高層建筑為了保證獲取足夠的數(shù)據(jù)，所以在實際監(jiān)測中要布置多個測點。傳感器的優(yōu)化布置原則主要包括識別誤差最小準(zhǔn)則、基于能量的準(zhǔn)則、可控度/可觀度準(zhǔn)則、插值擬合準(zhǔn)則、模型縮減準(zhǔn)則等。

傳感器是活的結(jié)構(gòu)變化信息的中介，因為傳感器選擇合理、布置合理能夠準(zhǔn)確獲得結(jié)構(gòu)變化的數(shù)據(jù)，這樣可以根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)來判斷結(jié)構(gòu)的安全性，這樣可以根據(jù)數(shù)據(jù)來判斷結(jié)構(gòu)的安全性和面對災(zāi)難采取正確的措施。

國內(nèi)外建筑發(fā)展及健康狀況現(xiàn)狀

二十一世紀(jì)以來，無論是國內(nèi)還是國外房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展達(dá)到了空前的高度，所以監(jiān)測建筑的“健康”有著重要的價值與意義，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測這項研究得到了技術(shù)人員的高度關(guān)注。許多業(yè)內(nèi)外專家已經(jīng)對建筑的健康狀況做過綜合評估，其中就包括建筑的應(yīng)力性、傾斜度、

溫濕度、煙霧濃度等方面的健康狀況，他們研究的內(nèi)容大部分來源于工程實踐，研究取得進(jìn)展反過來應(yīng)用于實踐，如此反復(fù)，才取得了相當(dāng)好的效果。

幾年來，國外建筑呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢，根據(jù)調(diào)查顯示單單是建筑面積就占了地球土地的一半，隨著國外各個國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，他們對住房住房條件不斷提高，建筑規(guī)模也不斷擴(kuò)大，但是任何事物都是有它的兩面性的，這些國家建筑發(fā)展迅猛，與之一起來的是能源的不斷消耗，出現(xiàn)了能源危機(jī)，對環(huán)境造成的污染更是危害了人民的健康。值得思考的是，他們發(fā)展起來的建筑沒有先進(jìn)的健康監(jiān)測系統(tǒng)作保障根本無法確保建筑的健康。

本文在建筑業(yè)大力發(fā)展的背景下，提出了利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來監(jiān)測樓宇“健康”問題，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠能夠從含有干擾和噪聲的傳感器數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確提取樓宇的實時信息以來判斷建筑物是否存在安全隱患，以此最大化的保證人民的生命財產(chǎn)安全，相信隨著社會的發(fā)展這一技術(shù)早晚會完全應(yīng)用到建筑物中，以來保證建筑物的“健康”。

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作者簡介：張勁松（1981.5），男 滿族 北京人 重慶大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程碩士，工程師，從事房屋安全鑒定、加固改造、建筑構(gòu)筑物健康監(jiān)測、橋梁檢測行業(yè)、單位：中國建筑科學(xué)研究院國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心。