建筑结构智能监测技术标准

数据处理与监测预警数据处理智能监测数据处理应结合设计、施工、运维阶段的分析和检测数据进行分析。智能监测的数据处理宜包括监测数据消噪和滤波、监测数据异常与修复、监测数据统计分析、监测数据专项分析。监测数据中存在的工频噪声、尖峰噪声、起伏噪声和其它噪声在数据分析前应进行去噪处理。条文说明：监测数据通常是结构或荷载状态的真实值与噪声值叠加在一起的结果。噪声数据的存在会对结构状态的评估产生不利影响，因此要对数据进行去噪处理。工频噪声（单频噪声）：城市供电通常为频率50Hz的交流电，它会以电磁波的辐射形式对电气设备和电子设备造成干扰，导致监测数据产生频率为50Hz的单频噪声。尖峰噪声（脉冲噪声）：非连续的，由持续时间短和幅度大的不规则脉冲或尖峰组成的噪声。起伏噪声：一类频谱很宽的噪声，无论在时域内还是在频域内总是普遍存在和不可避免的，是类高斯随机过程，又称类高斯噪声；包括热噪声、散粒噪声等。工频噪声宜采用低通滤波、高通滤波、带阻滤波或带通滤波法进行处理，尖峰噪声宜采用限幅滤波或中值滤波法进行处理，起伏噪声宜采用递推平均滤波法进行处理，其它噪声宜采用小波去噪法进行处理。电磁低通滤波、高通滤波、带阻滤波或带通滤波等经典滤波技术用于噪声数据与有用数据位于不同频带的情况，不同于两者频谱相互混叠的情况；现代滤波使用范围更广，被普遍用于土木工程监测数据的分析处理。数据分析前应检测出异常数据，并应进行异常原因判别。数据分析时，应剔除或修复监测系统问题引起的异常数据，但不应该剔除或修复结构状态变化与荷载变化引起的异常数据。条文说明：数据异常的原因包括监测系统问题、结构状态变化或荷载变化等。典型监测数据异常类型有数据偏移、数据漂移、数据增益、数据缺失等。可采用基于相关性分析的方法判断数据异常原因，其中相关性应包括同一类型传感器之间的相关性以及不同类型传感器之间的相关性。监测系统问题引起的异常数据修复可采用基于最优化的异常修复方法、基于回归的异常修复方法、基于鲁棒去噪的异常修复方法等。基于最优化的异常修复方法和基于回归的异常修复方法实质上都是利用多个传感器之间的冗余性来对故障传感器进行修复。基于最优化的异常修复方法将预测输出与实际输出误差的二范数最小作为优化目标，而基于回归的异常修复方法则使用最小均方误差估计模型来训练数据集。基于鲁棒去噪的异常修复方法则主要针对稀疏类型检测数据异常，基于主成分追踪方法，通过求解凸优化问题，重建监测异常数据达到修复的目的。监测数据的统计分析包括基本统计分析、概率密度函数估计、极值分析和相关分析，统计分析宜按现行协会标准《结构健康监测海量数据处理标准》T/CCES16的有关规定执行。条文说明：进行监测数据的概率密度函数估计、极值分析和相关分析时，对具备1年以上监测数据的情况，数据分析时长不宜少于1年，对监测数据不足1年的情况，宜选取全部完整监测数据进行分析。对于相关分析，宜采用1h数据的平均值作为1个样本。监测数据宜根据需要，进行结构模态参数识别、结构损伤识别和结构疲劳分析的专项分析，专项分析宜按现行协会标准《结构健康监测海量数据处理标准》T/CCES16的有关规定执行。条文说明：结构模态参数识别宜包括结构的频率、振型和阻尼比等参数，模态识别的阶次宜包括结构的主要低阶模态及指定的高阶模态。主要低阶模态指振型参与质量系数之和达到85%以上的结构模态阶次，指定的高阶模态主要指对结构损伤较为敏感的模态阶次。监测预警智能监测的安全预警应根据监测数据流和数据分析结果进行实时预警。条文说明：监测预警是建筑结构实施监测的主要目的之一，是预防工程事故发生、确保结构及周边环境安全的重要措施。智能监测预警体系应包括预警指标选择、预警值设定、预警发出、预警应急预案启动、预警升降级与消除。条文说明：本条规定了智能监测预警体系应包含的内容。智能监测预警体系具有系统性、综合性。监测预警指标应选取多个能直接反应荷载作用、构件安全和整体结构安全的参数。条文说明：本条提出了智能监测预警指标选择的要求。智能监测预警指标选择必须本着关键、直接、简洁的原则形成多指标体系，才具备可操作性。智能监测应设定监测预警值，监测预警值应满足工程设计及被监测对象的控制要求。条文说明：本条对建筑结构智能监测预警值提出了要求。监测预警值是监测工作的实施前提，是监测期间对结构正常、异常和危险不同状态进行判断的重要依据，因此必须确定监测预警值，且当监测值超出预警值时，系统能按照设定的程序进行预警。监测预警值一般由设计单位、监测单位共同提出确定，并满足国家现行相关规范要求。同时，在结构全生命周期内监测预警值需根据性能、荷载等变化调整，通过动态的预警，达到危险预防、延长使用年限、降低维护成本的统一。监测预警值应以明确、分级的方式，形成多层次的预警等级。条文说明：本条提出了智能监测预警值的一般要求。监测预警值的设定应根据不同的工程特点、结构类型、参数特性、工程经验等综合确定。一般情况下，预警等级可分为红色、橙色、黄色三级预警；对于智能监测的预警等级可细化为红色、橙色、黄色、蓝色四级预警，对应预定的监测预警控制值。蓝色预警：主要针对当监测数据达到监测预警值要求时，提醒各方关注该监测指标数据的变化情况、是否存在数据误报等情况，并避免经常性其他等级的预警或误报警。黄色预警（初级预警）：提醒施工或使用单位应开始对环境、荷载、结构整体或局部响应进行关注。橙色预警（较重预警）：提醒施工或使用单位对环境、荷载、结构整体或局部响应加强关注，并进行跟踪观察。红色预警（严重预警）：警示施工或使用单位对环境、荷载与结构响应密切关注，查明报警原因，采取适当检查、应急管理措施以确保安全，并及时进行结构安全评估。预警发出应采取实时、智能、明显的方式通知委托方及相关单位。条文说明：本条规定了智能监测预警发出的要求。智能监测首要特点便是智能、自动、实时，预警发出时应避免人为干预，预警提示可采用多样化的方式，如手机短信、APP、电脑端推送，以指示灯闪烁、声音警报等形式提醒。预警发出后，应立即启动相应级别的预警应急预案，采取相应的措施。条文说明：本条规定了启动预警应急预案的要求。应建立各级预警应急预案，形成分级管控体系及分级应急措施。智能监测应建立预警升降级与消除的程序。条文说明：本条规定了应建立预警升降级与消除程序的要求。红色、橙色、黄色预警的升级与降级，蓝色预警的消警，均应按照分级管控体系中规定的程序进行，由各级授权单位和人员进行判断分析提出升降级或消除建议、并最终确认。监测成果与安全评估监测成果监测成果应包括现场监测资料、计算分析资料、数据和表格、图像和曲线、文字报告等，监测报告应签字盖章齐全。监测数据的初步报告和信息反馈宜由监测系统软件自动生成、报送。监测报告可分为日报、阶段性报告和总结报告等。监测报告应采用文字、表格、图形、照片等形式，内容应真实、准确、完整，结论明确，并及时报送。条文说明：阶段性报告包括周报、月报、季报、半年报或根据工程的需要不定期出具的监测报告。智能监测的观测记录、计算资料和监测成果等应定期进行归档。监测日报宜包括下列内容：1工程概况及现状概况；2各监测点的本次测试值、单次变化值、变化速率以及累计值等，必要时绘制有关曲线图；3巡视记录；4结论与建议。阶段性报告宜包括下列内容：1工程概况及本阶段工程现状；2该监测阶段的智能监测项目及测点的布置图；3本阶段各监测点的测试值、变化值、变化速率以及累计值等，绘制有关过程曲线图；4巡查和人工复核方法及结果，各监测项目监测值的变化分析、评价及发展预测；5结论与建议。总结报告宜包括下列内容：1工程概况及监测过程概况；2监测依据、监测目的；3监测项目、监测点布置；4监测设备和监测方法；5监测数据汇总与分析：监测值、累计变化值、变化速率值、时程曲线、断面曲线图、等值线图、监测点平面位置图等，监测预警情况；巡查和人工复核方法及结果；6各监测项目发展变化分析及安全评估；7结论与建议。安全评估智能监测的安全评估应在对监测数据充分识别、分析的基础上，按照各类建筑结构的相关专业技术要求进行。条文说明：本条提出了智能监测安全评估的要求。与传统人工监测相比，智能监测在监测手段上有了较大进步，但当前结构状态智能识别、智能安全评估技术仍受到较大限制，为此，现阶段安全评估仍须按各类建筑结构的相关专业规范规定的要求进行。结构损伤分析与识别应结合现场检测结果，按损伤判断、损伤定位、损伤程度、影响评估进行综合分析，判定结构损伤对安全的影响。条文说明：本条对安全评估反演分析提出了要求。结构损伤识别有静力参数法、动力参数法、模型反演修正法，以及神经网络法、遗传算法、小波变换、希尔伯特-黄变换方法等，但应结合现场检测结果进行综合分析，以准确判定结构损伤对安全的影响。大型结构智能监测安全评估应进行模型反演分析，并及时对原安全评估模型进行修正、分析。条文说明：本条对安全评估反演分析提出了要求。对于施工过程的智能监测工程，诸多结构参数处于变化之中，当发现原分析模型不够精确、不合理时，应及时修正模型，并重新计算分析。使用期间的智能监测工程，利用监测结果对原分析模型进行修正，且后续监测数据可继续对修正后的模型准确性进行复核、验证，经多次修正，达到分析模型更接近结构现状真实工作状态。智能监测应重视对逐步积累海量数据的挖掘利用。条文说明：本条提出了智能监测大数据挖掘利用的要求。智能监测一个显著的特点就是会产生海量数据，大数据会创造不可估量的价值，但限于数据科学与工程技术的发展，目前对结构监测大数据的挖掘利用尚不充分。因此，智能监测工程应结合实施项目的结构特点，重视对大量数据的挖掘利用工作，为智能安全评估积累数据与经验。附录A常用传感器的选型及性能要求A.0.1智能监测传感器及相关设备类型按待监测参数可分为下列几类：1荷载与环境类传感器及设备，包括风速风向传感器、风压传感器、地震动传感器、温度传感器、湿度传感器、雨量传感器、土压力计、孔隙水压力计等。2结构响应类传感器及设备，包括应变传感器、位移传感器、加速度传感器、内力传感器、裂缝传感器等。3结构几何变形类传感器及设备，包括位移传感器、倾斜传感器、测斜仪、测距仪、全站仪、卫星定位系统等。4材料性能类传感器及设备，包括锈蚀传感器等。A.0.2传感器主要性能参数应包括下列内容：1量程：传感器能测量的物理量的极值范围。2最大采样频率：传感器每秒从实际连续信号中提取并组成离散信号的采样最大个数。3线性度：传感器的输出与输入成线性关系的程度。4灵敏度：传感器在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。5分辨率：传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。6精度：传感器的测量结果与被测真实物理量的接近程度。7迟滞：在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不相等的现象。8重复性：传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时所得的输入-输出特性曲线的一致程度。9漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。10供电方式：传感器采用直流电供电或交流电供电。11耐久性：传感器有效使用时限。A.0.3传感器的主要性能参数应满足下列要求：1传感器的量程宜为预估测量范围值的2倍～3倍。2应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率。当在对结构加速度等动态反应进行监测时，传感器采样频率应为需监测到的结构最大频率的2倍以上，采样频率宜为结构主要频率的3倍~4倍。3传感器应具有良好而稳定的线性度，在对结构位移及应变等反应进行监测时需要满足较高的线性度要求。4传感器应具有良好而稳定的分辨率，且应比所需监测参数的最小单位量级小一个量级。5传感器的精度应满足智能监测的要求，且不大于被监测量允许变化值的1/10。6传感器应具有良好而稳定的重复性。7传感器测量值的漂移应严格控制。8传感器的防水性好，抗干扰能力强，成活率高。9不同类型传感器的供电方式应根据实际情况和监测要求确定。10传感器应满足结构实际使用环境的要求。11传感器的耐久性应满足结构安全监测持续的时间。本标准用词说明1为便于在执行本规程条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：1）表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用“必须”；反面词采用“严禁”。2）表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用“应”；反面词采用“不应”或“不得”。3）表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用“宜”或“可”；反面词采用“不宜”。4）表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。2规程中指明应按其它有关标准执行时的写法为“应符合……的规定”或“应按……执行”。

引用标准名录《建筑地基基础设计规范》GB50007《工程测量规范》GB50026《民用