既有建筑结构健康监测系统部署与数据管理规范

1既有建筑结构健康监测系统部署与数据管理规范本文件规定了既有建筑结构健康监测系统部署与数据管理的总体原则、系统部署准备、传感器布设与安装、数据采集与传输、数据处理与分析、系统运维与质量管理、数据归档与管理等要求。本文件适用于各类既有建筑结构在运营期间的健康监测系统设计、实施、运维与数据分析活动，也可用于结构安全评估、维修加固决策支持、寿命预测等应用场景。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB50009—2012建筑结构荷载规范GB50010—2010混凝土结构设计规范GB/T50152—2012混凝土结构试验方法标准GB/T20271—2006信息安全技术信息系统通用安全技术要求JGJ/T434—2018建筑结构监测技术规范ISO18649:2004机械振动与冲击结构监测系统的性能与校验3术语和定义JGJ/T434—2018界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1结构健康监测通过安装在结构上的传感器系统，实时或定期采集结构响应与环境参数，评估结构状态、识别损伤、预警安全风险的技术活动。3.2监测点在结构上布设传感器的具体位置，用于采集某一类或某几类物理量。3.3采样频率单位时间内采集数据的次数，单位为赫兹（Hz）。3.4数据丢失率在某一时段内，实际采集数据量与理论应采集数据量之比，以百分比表示。3.5结构模态参数表征结构动力特性的参数，包括固有频率、阻尼比、振型等。3.6损伤指标通过监测数据计算得到的、用于量化结构损伤程度的数学指标。24总体原则既有建筑结构健康监测系统的部署与数据管理应遵循以下基本原则：科学性：系统设计应基于结构力学、传感器技术、信号处理与数据分析理论，确保监测方案合理、数据可信、结论可靠。系统性：监测系统应覆盖结构关键部位与典型响应类型，实现多参数、多尺度、长周期的综合监测。可靠性：传感器、采集设备、通信系统应具备长期稳定工作的能力，抗环境干扰性强，故障率低。规范性：系统部署、数据采集、处理分析、质量控制的各个环节应符合国家、行业及相关技术标准。安全性：系统部署与运维过程中应保障人员安全、结构安全与数据安全，符合电气安全与网络安全要求。可追溯性：监测系统从设计到运维的全过程应保留完整记录，实现数据来源、处理步骤、分析结论的可追溯。5系统部署准备5.1结构状态评估与监测需求分析在部署监测系统前，应对建筑结构进行初步状态评估，明确监测目标与需求。评估内容包括：结构类型、设计使用年限、当前使用状况；历史维修记录、已发现损伤或缺陷；结构受力特点、关键构件与薄弱部位；环境作用特征（风、温度、地震、交通振动等）；监测目标：如损伤识别、荷载响应分析、长期性能跟踪、突发事件预警等。5.2监测系统设计监测系统设计书是项目实施的纲领性文件，应具备科学性、可行性与完整性。内容应包括：5.2.1项目概况与监测目标明确项目名称、委托单位、监测对象、监测周期，并具体说明监测数据的预期应用场景。5.2.2监测参数与传感器选型根据监测目标确定需采集的物理量，如应变、位移、加速度、倾斜、裂缝宽度、温度、湿度等。选择传感器时应综合考虑精度、量程、长期稳定性、环境适应性、功耗及成本。5.2.3监测点布设方案基于结构分析结果，确定监测点的位置、数量与类型。关键部位（如支座、跨中、节点、损伤处）应加密布点。应绘制监测点布设示意图，并说明布点理由。5.2.4数据采集与传输方案确定采样频率、采集模式（连续或触发）、数据传输方式（有线/无线）、网络拓扑结构、数据存储策略等。5.2.5供电与防护设计3设计传感器与采集设备的供电方案（市电、太阳能、电池等），并制定防雷、防潮、防电磁干扰、机械防护等措施。5.2.6系统集成与软件平台说明数据采集软件、数据库管理系统、数据分析与可视化平台的功能要求与集成方式。5.3设备选型与校验5.3.1设备选型原则传感器：应选择具有计量认证、长期稳定性好、温漂小、抗干扰能力强的产品；采集设备：应具备多通道同步采集、高分辨率、低噪声、网络通信功能；传输设备：应满足数据实时性、可靠性要求，适应现场环境。5.3.2设备校验要求所有传感器与采集设备在部署前应在具备资质的实验室进行校验，确保其性能符合设计要求。校验报告应存档备查。6传感器布设与安装6.1布设前准备核对传感器型号、数量与编号；检查安装位置的结构表面状况，必要时进行清理、打磨或加固；准备安装辅材（支架、胶粘剂、螺栓等）与工具。6.2安装技术要求6.2.1应变传感器应沿主应力方向粘贴，粘贴表面应平整清洁，使用专用胶粘剂并严格控制固化过程。6.2.2加速度传感器应牢固安装于结构表面或专用支架上，确保与结构振动同步，避免附加质量影响。6.2.3位移与倾斜传感器应建立稳定的参考基准，避免因基准移动引入误差。6.2.4裂缝计应跨裂缝安装，确保测量方向与裂缝发展方向一致。6.3安装记录每个传感器安装后应填写《传感器安装记录表》（参见附录A），记录安装位置、方向、编号、安装时间、安装人员等信息，并拍摄安装照片。7数据采集与传输7.1采集参数设置根据监测目标设置采样频率、量程、滤波参数等。对于动力响应监测，采样频率应不低于结构最高关注频率的2倍。47.2采集模式连续采集：适用于长期性能监测；触发采集：适用于突发事件或特定荷载事件监测；定时采集：适用于温湿度等缓变参数。7.3数据传输与存储数据应实时或定期传输至数据中心；传输过程中应进行数据加密与校验，确保完整性与安全性；原始数据应在采集端与数据中心双备份存储。7.4现场质量初检每日检查数据采集完整性、信号质量、设备状态，发现异常及时处理。8数据处理与分析8.1数据预处理包括数据清洗、异常值剔除、噪声滤波、时间同步、单位统一等。8.2特征提取从原始数据中提取与结构状态相关的特征参数，如：静态特征：均值、方差、极值；动态特征：频谱、模态参数、时频分析结果；环境相关性：温度与应变、风与振动关联分析。8.3结构状态评估基于特征参数，采用以下一种或多种方法进行评估：阈值比较法：设定安全阈值，超限预警；趋势分析法：观察参数长期变化趋势；模型修正法：利用监测数据修正有限元模型，进行损伤识别；机器学习法：建立数据驱动模型，分类或回归分析结构状态。8.4报告生成定期生成监测报告，内容应包括：数据概况；特征参数统计；结构状态评估结果；异常事件记录与分析；建议措施。9系统运维与质量管理9.1日常巡检与维护5每月至少进行一次现场巡检，检查设备状态、供电、通信；每半年进行一次传感器性能抽查；每年进行一次系统全面校验。9.2质量检查内容9.2.1数据完整性数据丢失率应低于1%。9.2.2数据准确性通过比对校验数据或冗余传感器数据，检查测量误差是否在允许范围内。9.2.3系统可靠性统计系统平均无故障时间（MTBF）与平均修复时间（MTTR）。9.3质量评定方法按照附录B的指标进行分级评定：优秀：所有指标优于规定值；良好：所有指标满足规定值；合格：关键指标满足，非关键指标略有偏差；不合格：任一关键指标不满足。10数据归档与管理10.1数据成果内容原始监测