王金成
中色科技股份有限公司 河南省洛阳市 471000
摘要：随着高层建筑建设规模的持续扩大，在高层建筑工程中使用监测手段能够对建筑结构健康状态进行衡量，可以实时监控高层建筑工程质量，有效维护和管理高层建筑工程。本文对高层建筑结构健康监测的研究与应用进行分析，以供参考。
关键词：高层建筑；结构健康监测；应用
引言
健康监测技术最早应用于航天领域，直至20世纪50年代才应用于建筑领域，最开始主要应用在桥梁中，在后续发展过程中由于其技术水平不断提升，被逐渐广泛应用于其他建筑中。就建筑结构健康监测技术而言，当前其属于一种新型的研究内容，但由于其监测具有有效性，能够及时地了解建筑结构情况，更好地避免安全事故的发生，所以其应用对于建筑行业的发展有着非常重要的影响。
1结构健康监测概述
结构健康监测指在施工现场借助埋入或者粘贴表面传感器的方式，检测神经系统中是否存在损伤性的结构，将建筑结构中检测出的损伤报给控制台，从而增强建筑结构健康状况检测的效率。构成结构健康检测系统的要素包括数据采集与处理系统、传感系统、通信系统、报警设备、监控中心。结构健康监测系统主要应用在大型的建筑结构中，如大型的桥梁、建筑等。比如在虎门大桥的健康监测系统中，可以采用GPS动态监测系统对建筑结构的健康状况进行监测，其中建筑结构的数据从光纤各个测点传输到GPS接收机。在监测系统处理系统中，图形工作站和数据库服务器在数据传输时可以借助局域网来实现。但是由于部分信号线存在老化的问题，导致数据传输的效率大幅度降低，结构健康监测的精准性也较低。科学技术的发展使传感技术、信号分析技术、网络通信技术、结构分析理论等开始得到广泛应用，建筑结构健康监测的内容也开始变得更为丰富。通过连续实时在线监测建筑结构的状况，有利于提高建筑结构的安全性，从而增强建筑结构的管理效率。
2建筑结构健康监测与检测的异同分析
建筑结构监测与检测的相同点在于，两者的目的相同，都是为了对反映建筑结构健康性、稳定性以及安全性的指标进行获取，再通过科学计算和分析，评估建筑结构的可靠性。基于此，可以对建筑结构的变化趋势、使用寿命进行预测，这对城镇建筑管理、旧建筑稳定性监测、古建筑保护都具有重要的意义。
3建筑结构健康监测的意义
对于建筑结构而言，在使用的过程中受到各种因素的影响，都会对其造成一定的破坏。随着破坏程度的不断深入，就会影响到建筑的正常使用，这对于城镇的建筑影响更大，直接影响城镇的发展。此外，在使用过程中，受到一些因素的影响，比如人为、自然等等因素，对其结构进行突发性损伤，那么如何了解其实际情况，采取相应措施来对其进行处理，这是关键内容。通过健康监测技术就能够实现这一目的，更好地了解建筑的结构情况，并且明确建筑结构中存在问题的位置，更好地保证建筑结构的稳定。
4建筑工程结构健康监测系统通用架构
对实践应用的建筑工程结构健康监测系统进行分析后发现，虽然不同结构在结构形式方面存在差异，在具体环境以及荷载方面也有各自显著的特点，但是其具备的监测系统架构却是基本相同的。就目前的结构分析来看，结构监测系统主要由五个部分构成：1）传感器子系统。该系统主要由传感器、二次仪表等组成，能够对工程结构的物理状态量进行实时测量。2）数据采集子系统。就该系统的组成来看，主要为数据站，而数据站一般需要利用微机进行控制。在实践中，该系统的主要功能是采集传感器原始测量数据。3）数据通信与传输子系统。该系统主要包括服务器站点、监测系统局域网以及与局域网联系的干网连接等，可实现监测数据的通信与传输。4）监测数据库管理子系统。就该系统的构成来看，主要为数据库服务器。针对数据库的管理主要有监测数据的存储、备份、修改以及删除和查询等。5）数据分析处理子系统。该系统的主要组成是逻辑服务器。
利用该系统，数据处理、图形化显示以及诊断、预/报警等工作的开展更具实效性，对建筑工程的具体管理等实施也有现实效果。
5通用建筑工程结构健康监测系统平台框架设计
基于具体的目标实现进行系统平台框架的设计，对于完善系统平台框架来说非常必要。就通用建筑工程结构健康监测系统的平台框架建设而言，基于目标实现原则，可采用用户界面层、业务逻辑层和数据层3层结构设计法。从用户界面层来看，其主要功能是实现用户和系统之间的交互，将数据的图形或者列表清晰地显示在用户面前，从而为用户提供真实的参考依据。业务逻辑层主要包括各种方法库模块，是实现数据处理的核心层，就系统和平台的运行而言，结构状态的评估、预/报警信息等均是业务逻辑层提供的。数据层是整个系统平台运行的基础，其主要作用是进行各类信息的获取并存储，从系统设计来看，系统需要建立在开放和兼容的基础上，从而能够为用户提供一个可根据结构特点而定制的系统，因此在系统设计中采用XML标准。
6高层建筑结构健康监测系统设计
6.1系统流程设计
通过流程分析可知，在监测高层建筑工程健康状态时，首先应当采集工程相关数据信息，通过建筑内部传感器系统实时采集数据，测定建筑工程的温度指标、应力指标和振动指标，采用信号转换方式将其转变为洁净数据。信号可以借助无线通信方式，传输到数据处理中心，之后将数据传输到软件内进行分析处理，以此获取高准确度的监测数据结果。
6.2系统网络框架
建筑结构健康监测系统的数据采集装置，可以分别设置在建筑的不同部位上，利用建筑物传感器采集各类数据，同时利用网络传输方式，将收集数据传输给应用服务器，之后连接数据库，存储整个数据资源。通过应用服务器，能够提供功能监控服务，同时将监控信息传输到客户端，连接客户端与报警系统。通过远程访问的方式，可以将代理服务器添加到系统中，这样能够访问内部系统，还能够实现内部与外部独立的模式，防止关键数据泄漏和被篡改。
7高层建筑结构健康监测系统的应用实践
钢桁架测点布置：（1）挠度测点：GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3等共计布置7个精密水准仪；（2）应变测点：GHJ-1、GHJ-2、GHJ-3、GHJ-4、GHJ-10等共计布置30个应变计；（3）支座水平位移测点：GHJ-1、GHJ-2与4#楼滑动支座连接处共布置2个测点；（4）测点走线布置：导线的收集和防护采用50mm×100mm的标准线槽，水管、两芯专用屏蔽线、两芯负载线沿桁架下弦水平布置，采集和无线收发系统布置在3#楼泳池辅助设施间。
8建筑结构健康监测范围和质量安全评价
第一，对于监测范围可以将其划分为两种，分别是局部监测和整体监测。对于局部监测而言，大多适应于建筑结构简单，或者是能够明确建筑结构中存在问题的位置，对其进行针对性的监测。所采取的监测方法大多都是通过监测人员来人工检测。而对于一些结构较为复杂的建筑，就应该采取整体检测的方法，对于这种监测方法需要为其配备相应监测设备，其所监测的范围也更广，不仅有应力、位移等等，而且还有内力、挠度等等相应内容。第二，其局部监测大多都是利用无损监测，比如常见的有发射光谱法、回弹法等等。而对于整体监测而言，作为其结构健康监测技术中的核心内容，就有模型修整、动力指纹等等方法。
结束语
综上所述，通过对高层建筑结构健康状态实时监测，能直接获取高层建筑结构的健康指标，对可能出现的问题提前预警，实时控制建筑工程质量，可以获取显著成效，可以推广应用到工程建筑中。
参考文献
[1]叶琳远.超高层建筑结构健康监测系统技术应用[D].华南理工大学,2018.
[2]孟琳.高层建筑结构健康监测的研究与应用[J].电子测试,2017(18):78-79+75.