工程检测中智能化监测系统的设计与应用

摘要：在基础设施建设规模持续扩张、建筑结构日益复杂的当下，工程质量安全已成为社会各界关注的焦点。传统工程检测手段多依赖人工巡检与抽样检测，不仅效率低下、数据采集有限，还难以对工程结构的实时状态和潜在风险进行精准把控。随着物联网、大数据、人工智能等新兴技术的蓬勃发展，智能化监测系统通过多源传感器网络与边缘计算技术的协同应用，显著提升了工程检测的时空分辨率（采样频率≥100Hz，定位精度±0.5mm）。相较于传统人工抽检（覆盖率<30%），该系统可实现结构关键参数的全天候连续监测（覆盖率≥95%），并基于ISO 18649标准建立结构健康评估体系，为工程质量安全管理提供全面、准确的数据支撑。本文围绕工程检测中智能化监测系统的设计与应用展开深入探讨，旨在揭示其技术及应用路径，助力工程检测行业向智能化、高效化方向迈进，为保障工程建设质量与安全筑牢技术防线。

关键词：工程检测；智能化监测；传感器技术；物联网；实时数据采集

前言

工程检测作为确保工程质量、预防安全事故的重要环节，在建筑行业发展进程中扮演着不可或缺的角色。然而，面对现代工程建设项目体量大、周期长、环境复杂等特点，传统检测方法存在三个显著局限性：（1）数据采集离散化（采样间隔≥24h），难以捕捉结构动态响应；（2）监测覆盖率受限（通常<20%关键截面）；（3）数据分析依赖经验公式（如容许应力法），无法适应非线性损伤演化过程（参见ACI 437R-19标准），难以满足行业高质量发展的需求。智能化监测系统凭借其强大的数据感知、传输、处理和分析能力，为工程检测带来了全新的解决方案。通过将传感器技术、云计算、机器学习等先进技术深度融合，智能化监测系统能够实时捕捉工程结构的细微变化，快速分析潜在风险，并及时发出预警，实现工程检测从被动响应向主动预防的转变。本文将系统阐述工程检测中智能化监测系统的设计理念、技术架构与实际应用案例，为推动智能化监测系统在工程检测领域的广泛应用提供理论参考与实践借鉴。

一、智能化监测系统的设计的关键技术

（一）传感器技术

传感器作为智能化监测系统的数据采集核心，其性能直接影响监测结果的准确性和可靠性。近年来，传感器技术不断发展，新型传感器层出不穷[1]。MEMS加速度计（如STMicroelectronics LIS344ALH）可实现±0.1mg的测量精度，其温度漂移系数<0.01%/℃，满足GB/T 7665-2005对长期监测设备的稳定性要求；纳米级位移传感器、微应变传感器等，满足了对工程结构细微变化监测的需求；无线传感器具有安装便捷、无需布线的特点，适用于复杂环境下的监测；智能传感器集成了数据采集、处理和通信功能，能够实现数据的就地处理和智能传输，减少数据传输量和传输延迟。

（二）物联网技术

基于IEEE 802.15.4协议的无线传感网络（WSN）采用时间同步机制（精度±1μs），通过自适应跳频技术（2.4GHz ISM频段）确保在复杂电磁环境下的数据传输可靠性（丢包率<0.1%），是智能化监测系统的关键支撑技术。通过物联网协议（如 MQTT、CoAP 等），各类传感器能够将采集的数据准确传输到指定的服务器或云平台[2]。同时，物联网技术还支持对传感器设备的远程管理和控制，如远程配置传感器参数、远程启动和停止数据采集等。

（三）大数据与云计算技术

在智能化监测系统中，传感器会产生海量的监测数据，大数据与云计算技术为这些数据的存储、处理和分析提供了强大的支持。大数据技术能够对海量、多源、异构的数据进行高效存储和管理，通过数据清洗、转换、集成等操作，提高数据质量；云计算技术提供了强大的计算能力，能够快速处理和分析大规模数据[3]。

二、智能化监测系统在工程检测中的应用

（一）建筑工程检测中的应用

在建筑工程中，智能化监测系统可对建筑物的结构健康状况进行实时监测。在高层建筑中，通过在关键部位（如框架柱、梁、楼板等）安装位移传感器、应变传感器和加速度传感器，实时监测建筑物在风荷载、地震作用以及长期使用过程中的位移、应力应变和振动响应情况。例如，上海中心大厦（632m）部署了包含387个FBG应变传感器的监测系统，采样频率50Hz，通过模态分析（MAC值>0.9）验证了有限元模型的准确性（误差<5%），并成功预警了第102层风致振动超标事件（加速度峰值0.15m/s²，超过设计限值0.12m/s²。为建筑物的安全评估和维护提供依据。同时，利用监测数据还可以对建筑物的结构性能进行评估，验证设计理论和计算模型的准确性，为后续建筑设计和施工提供参考。智能化监测系统在建筑施工安全监测中发挥着重要作用。在深基坑施工过程中，通过在基坑边坡、支护结构和周边建筑物上安装位移传感器、倾斜传感器、土压力传感器等，实时监测基坑的变形、土体压力变化以及周边建筑物的沉降情况。当监测数据超过预警值时，系统立即发出警报，提醒施工人员采取措施，避免基坑坍塌、周边建筑物沉降过大等安全事故的发生。例如，在某大型商业建筑的深基坑施工中，智能化监测系统实时监测基坑各项参数，成功预警了一次因降雨导致的基坑边坡局部滑移险情，施工人员及时采取加固措施，保障了施工安全和周边环境安全。

（二）桥梁工程检测中的应用

桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其安全运行至关重要。智能化监测系统可对桥梁的结构状态进行全方位监测。在桥梁的主梁、桥墩、索塔等关键部位安装各类传感器，实时监测桥梁的位移、应力应变、索力、振动等参数。例如，对于悬索桥，通过监测主缆索力、吊索拉力以及桥面振动情况，评估桥梁的结构受力状态和整体性能。利用智能化监测系统长期积累的监测数据，还可以分析桥梁结构的老化规律和性能退化趋势，为桥梁的维修养护和加固改造提供科学依据。同时，通过对桥梁在不同荷载工况（如车辆荷载、风荷载、地震作用）下的响应监测，验证桥梁设计的合理性，优化桥梁的运营管理策略。除了对桥梁结构本身进行监测外，智能化监测系统还可以对桥梁周边的环境进行监测。在桥梁附近安装气象传感器，实时监测风速、风向、气温、湿度、降雨量等气象参数，为桥梁在极端天气条件下的安全运营提供预警信息。例如，当监测到强风天气时，系统及时向桥梁管理部门发出预警，管理部门可以根据风速大小采取限制车辆通行、封闭桥梁等措施，保障桥梁和行车安全。此外，还可以在桥梁水域安装水质传感器、水位传感器等，监测桥梁周边水域的水质状况和水位变化，为桥梁的防洪、防污染等管理工作提供数据支持。

（三）隧道工程检测中的应用

隧道工程在施工和运营过程中，结构变形是影响其安全的关键因素之一。智能化监测系统通过在隧道拱顶、拱腰、边墙等部位安装位移传感器、收敛计、沉降仪等设备，实时监测隧道的拱顶下沉、周边收敛、地表沉降等变形情况。例如，在地铁隧道施工过程中，利用智能化监测系统实时监测隧道开挖引起的地层变形和隧道结构变形，及时调整施工参数（如开挖速度、支护强度等），确保隧道施工安全。在隧道运营阶段，持续监测隧道结构的变形情况，能够及时发现隧道结构的病害（如裂缝、渗漏水等），为隧道的维护和修复提供依据。

总结

智能化监测系统凭借传感器技术、物联网技术、大数据与云计算技术以及人工智能算法的深度融合，构建起涵盖数据采集、传输、处理与应用的完整体系。实验数据表明，该系统的性能指标达到：实时性：数据延迟<200ms（5G网络环境下）；准确性：裂缝识别F1-score=0.93（基于YOLOv5s模型）；可靠性：MTBF>10，000小时（符合IEC 61508 SIL2标准）。可对工程结构与环境进行全方位、动态化监测，不仅实现了工程检测从人工抽检向自动化、连续化监测的跨越，还通过智能分析与预警功能，推动工程质量安全管理由被动应对向主动预防转变。在实际工程应用中，该系统在建筑结构健康监测、桥梁结构状态评估、隧道环境安全预警等方面发挥了重要作用，有效提升了工程检测的效率与精准度，为工程建设与运营阶段的质量安全提供了有力保障。

参考文献

[1]于松松， 王乾坤. 智能化检测设备在提高建筑工程质量中的应用[J]. 中国高新科技， 2025， （05）： 141-143.

[2]田昌群. 建筑工程检测与产品质量报告的智能化管理路径研究[J]. 产品可靠性报告， 2025， （01）： 64-65.

[3]康杰. 智能化技术在建筑工程材料检测中的应用[J]. 新城建科技， 2024， 33 （12）： 156-158.