陈德军
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摘要：近年来，随着经济的发展和土木工程领域理论和施工技术的提高，建筑结构逐渐向超高层发展，我国已经建设了大量的中心大厦、平安金融中心等超高层建筑。超高层建筑的相关研究大多只涉及结构响应的短期现场测量。但复杂超高层建筑的施工阶段可能比使用阶段更关键，因为施工阶段的结构配置和边界条件与使用阶段有显著差异，施工阶段的缺陷也会导致使用阶段。因此，有必要在施工阶段对结构进行监测，分析结构关键部位的应力和变形，实时了解超高层建筑结构的结构特点，评估施工过程中的结构状态。基于此，本文论述了土木工程结构健康监测系统的研究现状和进展，供相关从业人员参考。
关键词：土木工程；结构健康监测系统；研究状况；进展
引言
结构健康监测（SHM）是利用现场传感系统和相关分析技术来监测结构的行动和性能（结构可操作性、安全性和耐久性）．在所有操作条件下，利用先进的数据分析技术，如基于人工智能的智能数据分析确定结构特征参数和损坏状况，在超出监测标准时发出适当的警报，进行结构性能评估和损坏预后，进行结构健康等级和结构寿命预测，并对维修、改造和更换等结构干预措施提供决策支持。
1土木工程结构健康监测系统通用架构
对实际应用的土木工程结构健康监测系统的分析表明，尽管不同的结构在环境和负荷方面有不同的结构和特点，但监测系统的结构基本相同。为了目前的结构分析目的，结构监测系统主要由五个部分组成:(1)子传感器系统。该系统主要由传感器、辅助仪器等组成。，并且可以实时测量工程结构的物理状态量。(2)数据采集子系统。就该系统的组成而言，这些主要是需要计算机控制的数据站。实际上，该系统的主要功能是收集传感器的原始测量数据。(3)子系统——通信和数据传输系统。该系统主要由服务器站点、监测系统局域网和局域网连接组成，提供监测数据的通信和传输。(4)监测数据库管理子系统。就系统的组成而言，它主要是一个数据库服务器。数据库管理主要包括存储、备份、修改、删除和查询监视数据。(5)数据处理和分析次级系统。系统的主要组件是逻辑服务器。该系统提高了数据处理、图形显示和诊断、预警和警报等任务的效率，并对具体的土木工程管理产生了实际影响。
2土木工程结构监测的重要作用
所谓的土木工程监测，主要指的就是具有一定资质的监测机构受建筑企业的委托对整个建筑施工过程开展监测和管控工作。土木工程质量监测工作的有序开展，不仅仅可以在一定程度上保证土木工程施工品质可以实现预期的目标，而且还可以高效提升建筑企业的稳定性和安全性。与此同时，建筑项目质量监测在建筑施工品质管理过程中具有非常关键的作用，建筑项目作为一项繁杂的建设工程，其在整个施工过程中不可避免的会出现不同的品质问题，而建筑项目质量监测机构作为高效合理的品质管控部门，要尽可能的将质量监测工作和具体情况进行有机结合，这对于将建筑风险损失降到最低有着至关重要的作用。除此之外，因为建筑项目监测工作所囊括的内容繁杂多样，因此建筑企业一定要在最短的时间内明确监测工作的关键作用，从而最大限度的避免偷工减料、机械设备不符合标准以及建筑物存在安全隐患等问题的出现。总的来说，土木工程质量监测工作从始至终贯穿于整个建筑项目施工过程中，建筑企业高效开展工程项目各个阶段的质量监测工作，不仅仅可以为建筑企业营造更为优良的经济成效，而且还可以在提高土木工程项目施工进度的同时降低安全隐患出现的可能性。
3土木工程结构健康监测系统诊断方法
通过研究土木工程结构健康监测系统的具体诊断方法，可以确定是否存在问题，并明确优化方向。
诊断方法采用固有频率变化造成损害的诊断方法，例如在某一地点施工时，使用传感器对民用结构进行实时监测，并为民用结构的频率变化检索数据，如果频率变化有问题，则意味着 如果比较分析的结果大相径庭，则可通过多频率连续激励获得相关数据，这意味着该区域的土木工程结构受到损害，需要修复，以确保正常的土木工程质量。 此外，模态变更可用于诊断损坏，并与曲率法和图形法结合使用。通常，在损坏的民用结构中，其刚度会降低，因此振荡曲率会进一步增加，因此，如果振荡曲率明显增加，则可以使用传感器系统在检测过程中检索其振荡曲率数据，这意味着民用结构在该位置受到损坏。此外，还可以使用图形更改方法根据模式更改卡确定损坏的位置，查找损坏的位置并对其进行更正，从而获得有效修复损坏的效果。
4土木工程结构健康监测系统未来发展
4.1基于数据融合的系列ＫＦ新方法
由Ｋａｌｍａｎ提出的ＫＦ方法不仅能基于部分观测对结构状态递推估计，即只要获知上一时刻状态的估计值以及当前状态的观测值，就可计算当前状态的最优估计值，适用于实时在线对结构状态进行估计；而且可考虑模型的不确定性及观察噪声影响，因而应用广泛。包括机器人导航、控制和传感器数据融合甚至在军事方面的雷达系统以及导弹追踪等．近年来更被应用于计算机图像处理，例如头脸识别、图像分割、图像边缘检测等。然而，ＫＦ要求结构的外部输入信息已知（或假定为宽带白噪声），而实际结构外输入信息常难以全观测。
4.2多源监测信息分类
对高层建筑结构的监测涉及来自各种正式和非正式来源的信息，这些信息具有重要的信息和管理挑战。结构化信息是指在设计模型下通过结构有限元分析获得的结构安全信息，该信息可以为分析结构监测数据提供理论基础。非结构化信息是指结构的安全响应信息，即通过对不同类型的结构传感器进行物理监视而获得的结构实时状态响应信息。结构BIM模型提供了时间尺寸和几何位置关系信息，以指导三维视图进行结构监视。多个来源的信息相互独立工作，可能导致信息丢失和通信不良。它结合结构化和非结构化信息，同时利用BIM平台的信息共享和实时可视化等功能，实现建筑结构监控信息的实时捕获、大数据分析、实时评估和智能警报决策。
4.3Zigbee监测通信技术
考虑到土木工程监测中相关检测设备需要安置在支撑结构内，同时有线连接较为困难，因此采用Zigbee网络拓扑结构对设备进行无线通信。建立本文的Zigbee网络拓扑结构时，物理层的建立遵循IEEE802.15.4协议，作为Zigbee结构的最底层，主要功能是承担和外界的连接作用，同时控制网络设备的中的RF收发器，并运用扩频进行通信。在后续的MAC层中，与物理层遵循同种协议，并负责设备上的无线数据链路建立，同时确认模式数据的传送和接收。在MAC层中，将其中连接的设备添加16位地址的寻址。在网络层中建立起新的网络，根据网络类型设置节点的协议堆栈，并让网络协调器对节点进行地址分配，来对网络中的数据完整性提供保证。最后的应用层为应用相关器件提供功能支持，根据服务以及需求在器件之间进行通信，根据应用来进行用户开发，而具体的应用则依据土木工程条件的不同，提供不同的检测传感器。
结束语
如上所述，有必要建立监测系统，以便在建造土木工程时纠正这种情况，否则可能造成重大经济损失和质量问题。监测系统能够建立一个合理的监测系统，根据其具体职能和运作特点进行优化，改进监测系统的监测，并在土木工程工作中发挥更大作用，以确保其结构的质量。
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