基于智能土木建筑健康监测系统的研究

摘 要：城市化进程和建筑工程的快速发展使得建筑结构的安全性问题日益突出。传统的监测方法依赖人工，存在周期性、主观性等局限性，难以满足对建筑物全生命周期的实时监测需求。智能土木建筑健康监测系统结合传感器技术、数据采集与处理技术以及健康评估与预警技术，实现对建筑物的位移、沉降、倾斜、振动等参数进行实时监测与分析，为建筑管理提供及时的预警与决策支持。此外，该系统还通过数据可视化技术展示建筑性能，为土木工程结构的科学建设与高效管理提供了重要支持。

关键词：智能土木建筑健康监测系统、房屋健康、实时监测、数据可视化

一、引言

随着城市化进程的加速，建筑工程不断增多，建筑结构安全日益成为关注重点。现代土木工程的规模与复杂度提升，建筑物在使用过程中受到环境侵蚀、荷载变化及自然灾害的多重影响，导致结构性能逐步退化，可靠性下降。而传统的人工监测方法效率低、周期长且数据主观性强，难以准确反映建筑状况[1]。为此，智能土木建筑健康监测系统应运而生，能够实时监测建筑结构的各项参数，及时发现潜在问题并进行预警，保障建筑安全。该系统结合智能化技术，支持全生命周期的自动化监测，为解决建筑老化和提高管理效率提供了新的解决方案。本文将探讨该技术的发展历程、核心技术、优势与挑战，为推动其广泛应用提供参考。

二、智能土木建筑健康监测系统概述与核心技术

智能土木建筑健康监测系统是一种现代化的监测手段，通过实时采集建筑健康信息，动态反馈关键状态，为建筑安全管理提供科学支撑。其主要功能涵盖监测、评估与预警，能助力管理者快速制定应对策略。传感器技术是该系统的核心。在建筑物的墙体、柱体、梁等关键承重部位，布置着高精度传感器，用于实时监测位移、沉降、倾斜、振动、加速度等核心参数。环境传感器还能监测建筑外部环境的温度、湿度、风速、雨量和气压等数据，为全面分析建筑健康状况提供丰富的数据基础[2]。数据采集与传输技术确保了监测数据的完整性和实时性。数据采集单元整合传感器捕捉的信号后，借助物联网和5G通信技术，通过有线或无线网络将数据传输至数据处理中心，实现高保真、低延迟的数据传输。数据处理与分析技术则是实现建筑健康监测的关键环节。利用数据清洗和融合技术剔除噪声与异常值，结合大数据技术和机器学习算法，对建筑健康状况进行趋势分析和隐患预测，生成健康评估报告[3]。健康评估与预警技术为建筑结构的安全管理提供保障。动态预警机制按风险等级发出警报，还利用数字化图表和3D建模技术，将监测结果可视化展示，方便管理者直观了解建筑健康状况并做出决策。

三、智能监测系统的应用场景

智能土木建筑健康监测系统在众多领域都有着广泛的应用场景。在城市基础设施方面，桥梁、地铁、大坝等关键设施对城市的正常运转至关重要。通过该系统的实时监测与动态反馈，能及时发现潜在安全隐患，保障城市的安全运行。例如，对桥梁进行实时监测，一旦发现位移、振动等参数异常，可及时采取措施进行维修加固，避免桥梁垮塌等严重事故。在重大工程项目管理中，系统在施工过程中实时采集与分析数据，精准识别潜在隐患，提升施工质量和安全管理效率[4]。比如在大型建筑施工时，监测地基沉降等数据，防止因地基问题影响整个建筑结构的稳定性。在灾害监测方面，当地震、台风等自然灾害发生时，系统能迅速获取建筑结构的受损状态，为应急响应和救援决策提供可靠的实时数据支持，便于及时组织救援和抢修工作。在数字孪生建筑管理领域，结合数字孪生技术，系统构建虚拟建筑模型，动态仿真与优化建筑性能，为建筑运营与维护提供智能化管理工具，降低维护成本，延长建筑使用寿命。

四、总结与展望

展望未来，智能土木建筑健康监测系统有着清晰的发展方向。在传感器性能提升方面，研发小型化、低功耗、高灵敏度的传感器，以适应更多复杂场景需求[5]。人工智能技术的深度集成也将成为重点，借助深度学习和神经网络算法，提高系统的数据分析能力，提升监测效率和预测精度。推动标准化与规范化，制定统一的技术标准和应用规范，增强系统的兼容性和稳定性，加速土木工程领域的智能化转型。绿色监测技术的发展同样值得关注，研发环保型传感器与能量采集技术，减少系统对外界能源的依赖，实现建筑健康监测的可持续发展。

参考文献：

[1]李宏男，李东升.土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评[J].地震工程与工程振动，2002，（03）：82-90.DOI：10.13197/j.eeev.2002.03.015.

[2]Vijayan S D ，Sivasuriyan A ，Devarajan P ， et al.Development of Intelligent Technologies in SHM on the Innovative Diagnosis in Civil Engineering—A Comprehensive Review[J].Buildings，2023，13（8）：

[3]王娜. 数字化技术在结构健康监测中的应用与探索[J]. 工程质量，2024，42（8）：5-8. DOI：10.3969/j.issn.1671-3702.2024.08.002.

[4]井彦娜. 基于物联网的建筑安全监测管理系统研究[D]. 浙江：浙江大学，2017.

[5]焦俭. 土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J]. 中国建筑金属结构，2022（8）：89-91. DOI：10.3969/j.issn.1671-3362.2022.08.029.