建筑结构健康监测技术研究

一、引言

随着城市化进程的加速和建筑技术的不断发展，各类大型、复杂建筑层出不穷。然而，建筑在长期使用过程中，受环境侵蚀、荷载变化、材料老化等因素影响，结构性能会逐渐下降，潜在安全隐患增加。传统依靠人工巡检的结构安全评估方式效率低、准确性差，难以满足现代建筑安全管理的需求。建筑结构健康监测技术通过先进的传感器和信息技术，实现对建筑结构状态的实时监测与评估，为建筑结构的安全运维提供了新途径，对保障建筑安全、延长建筑使用寿命具有重要意义。

二、建筑结构健康监测技术研究的背景与意义

2.1 研究背景

近年来，因建筑结构安全问题引发的事故时有发生，造成了严重的人员伤亡和财产损失。一方面，既有建筑服役年限增长，结构老化问题日益突出；另一方面，新型建筑结构形式和材料的应用，使得结构受力特性更为复杂，安全风险评估难度加大。同时，物联网、大数据、人工智能等技术的快速发展，为建筑结构健康监测技术的创新与应用提供了技术支撑。

2.2 研究意义

建筑结构健康监测技术能够实时获取结构的应力、应变、位移等数据，及时发现结构损伤和性能退化情况，为结构维护、加固提供科学依据，有效预防安全事故发生。通过长期监测数据的分析，可深入了解结构性能变化规律，优化建筑设计和施工方法，推动建筑行业技术进步。此外，该技术有助于实现建筑结构的智能化管理，降低运维成本，提升建筑全生命周期管理水平。

三、建筑结构健康监测技术的原理与方法

3.1 监测原理

建筑结构健康监测技术基于传感器技术、信号处理技术和数据分析技术，通过在建筑结构关键部位布置传感器，实时采集结构在环境作用和荷载作用下的响应数据，如振动、变形、温度等。将采集到的数据传输至数据处理中心，运用信号处理算法去除噪声、提取特征信息，再通过数据分析方法对结构的健康状态进行评估和预测 。

3.2 常用监测方法

传感器监测是最主要的方法，包括应变传感器、位移传感器、加速度传感器等。应变传感器可监测结构构件的应力应变状态，判断构件是否处于正常工作状态；位移传感器用于测量结构的变形，及时发现结构的异常位移；加速度传感器则适用于监测结构的振动响应，分析结构的动力特性变化 。

光纤监测技术利用光纤的光学特性对结构进行监测。当结构发生变形或受力时，会引起光纤中光信号的变化，通过对光信号的分析，可获取结构的应变、温度等信息。该技术具有抗电磁干扰、灵敏度高、可实现分布式监测等优点 。

基于计算机视觉的监测方法通过摄像头采集结构图像，利用图像处理和模式识别技术，分析结构表面的裂缝、变形等损伤特征。此方法具有非接触、可视化等优势，可对结构进行宏观和微观层面的监测 。

四、建筑结构健康监测技术现存问题

4.1 传感器可靠性与耐久性不足

部分传感器在复杂环境下工作稳定性差，易受温度、湿度、电磁干扰等因素影响，导致监测数据不准确。同时，传感器的使用寿命有限，长期暴露在恶劣环境中，其性能会逐渐下降，需要频繁更换，增加了监测成本和维护难度 。

4.2 数据处理与分析能力有限

建筑结构健康监测产生的数据量大且复杂，现有数据处理技术在数据清洗、特征提取等方面效率较低。数据分析方法多基于传统算法，难以准确识别结构损伤的微小变化，对结构健康状态的评估和预测精度不足，影响监测结果的可靠性 。

4.3 监测系统集成度低

目前，建筑结构健康监测系统中各组成部分之间缺乏有效协同，不同类型传感器的

数据难以融合，监测设备与数据处理平台兼容性差。系统集成度低导致监测信息分散，无法形成全面、系统的结构健康评估报告 。

4.4 专业人才短缺

建筑结构健康监测技术涉及多学科知识，需要既懂结构工程，又熟悉传感器技术、信息技术的复合型人才。但当前高校相关专业课程设置不完善，实践教学不足，企业内部培训体系也不健全，导致专业人才匮乏，制约了该技术的推广与应用 。

五、建筑结构健康监测技术优化策略

5.1 提高传感器性能

加强传感器技术研发，开发耐高温、耐潮湿、抗干扰能力强的新型传感器，提高传感器的可靠性和耐久性。采用先进的封装技术，延长传感器使用寿命，降低维护成本。同时，推动传感器的智能化发展，使其具备数据预处理和自我诊断功能 。

5.2 强化数据处理与分析

引入大数据、人工智能等先进技术，优化数据处理算法，提高数据清洗和特征提取效率。利用深度学习算法建立结构健康评估模型，提高对结构损伤识别和性能预测的准确性。加强数据可视化技术应用，以直观的方式展示监测结果，便于管理人员理解和决策 。

5.3 提升系统集成度

制定统一的数据标准和通信协议，促进不同类型传感器和监测设备之间的数据交互与融合。开发集成化的监测系统平台，实现数据采集、传输、处理和分析的一体化，提高监测系统的协同性和实用性 。

5.4 加强专业人才培养

高校应优化相关专业课程设置，增加传感器技术、信号处理、数据分析等课程内容，加强实践教学环节，与企业合作建立实习实训基地，培养复合型专业人才。企业要完善员工培训体系，定期组织技术培训和学术交流活动，提升现有人员的专业水平 。

六、建筑结构健康监测技术发展趋势

6.1 智能化与自动化

未来，建筑结构健康监测技术将进一步融合人工智能、机器学习等技术，实现监测数据的自动采集、分析和结构健康状态的智能评估。系统能够自动识别结构损伤，预测结构性能变化趋势，并根据评估结果自动制定维护方案，提高监测系统的智能化和自动化水平 。

6.2 多技术融合与协同

建筑结构健康监测技术将与建筑信息模型（BIM）、物联网、云计算等技术深度融合。通过与 BIM 模型结合，实现监测数据与结构模型的可视化交互；借助物联网实现监测设备的互联互通；利用云计算进行大数据存储和分析，形成多技术协同的综合监测体系 。

七、结论

建筑结构健康监测技术是保障建筑安全运行的重要手段。尽管当前在应用过程中面临传感器性能、数据处理、系统集成和人才等方面的问题，但通过采取针对性优化策略，并顺应智能化自动化、多技术融合、低成本普及化等发展趋势，能够不断完善该技术，为建筑结构的安全运维提供更有力的保障，推动建筑行业向智能化、可持续化方向发展。

参考文献

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