2024工程结构健康监测系统技术方案设计规范

工程结构健康监测系统工程结构健康监测系统技术方案设计规范Designcodefortechnicalproposalofstructuralhealthmonitoringsystem目次前12言 II总则 2术语与名词解释 1健康监测 1目次前12言 II总则 2术语与名词解释 1健康监测 1传感器 1监测点 1无线传输 1有线传输 1监测系统 2数据库管理系统 2结构健康监测系统的设计原则 2前期工程勘察 2344.14.24.34.4勘查目的 2适用范围 2工程勘察的工作任务 3工程勘察的流程 3技术方案的深化设计 455.15.25.35.4深化设计的目的 4适用范围 4深化设计的工作任务 4技术方案深化设计流程 5技术方案的设计内容 666.16.26.36.46.5传感器选型 6监测点的布置原则 7数据采集设备及其安装要求 7数据的传输系统 7监测数据的存储和管理 8附录 条文说明 9I1 总则1.1为规范本公司结构健康监测系统的技术方案设计，提高技术方案质量，制定本规范。1.2本规范规定了结构健康监测系统的技术方案设计原则、流程及内容。1.3本规范适用于本公司在土木工程结构施工及服役期间的健康监测系统设计。1.4工程结构健康监测系统的方案设计，除应执行本规范外，还应符合国家相关标准的规定。1.5 下列文件中的条款通过本文件的引用而成为本文件的条款；凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。GB50982-2014 《建筑与桥梁结构监测技术规范》CECS333-2012 《结构健康监测系统设计标准》2 术语与名词解释本规范采用下列术语和定义。2.1 healthmonitoring利用现场无损的、实时方式采集结构与环境信息，分析结构反应的各种特征，获取结构因环境因素、损伤或退化而造成的改变。2.2 transducer1 总则1.1为规范本公司结构健康监测系统的技术方案设计，提高技术方案质量，制定本规范。1.2本规范规定了结构健康监测系统的技术方案设计原则、流程及内容。1.3本规范适用于本公司在土木工程结构施工及服役期间的健康监测系统设计。1.4工程结构健康监测系统的方案设计，除应执行本规范外，还应符合国家相关标准的规定。1.5 下列文件中的条款通过本文件的引用而成为本文件的条款；凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件，凡不注日期的引用文件，其最新版本适用于本文件。GB50982-2014 《建筑与桥梁结构监测技术规范》CECS333-2012 《结构健康监测系统设计标准》2 术语与名词解释本规范采用下列术语和定义。2.1 healthmonitoring利用现场无损的、实时方式采集结构与环境信息，分析结构反应的各种特征，获取结构因环境因素、损伤或退化而造成的改变。2.2 transducer/sensor元件和转换元件组成。2.3监测点observationpoint直接或间接设置在监测对象上，并能反映监测对象力学或变形特征的观测点。2.4无线传输wirelesstransmission在两个通信设备间不使用任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。2.5有线传输wiretransmission在两个通信设备间通过物理连接，将信号从一方传输到另一方的技术。12.6监测系统monitoringsystem由监测设备组成实现一定监测功能的软件及硬件集成。2.7数据库管理系统databasemanagementsystem借助操作系统的支持对数据库和系统资源进行统一管理和控制的软件。其主要功能包括：数据库的建立、数据定义、数据操作、数据库的运行管理和维护。3 结构健康监测系统的设计原则3.1 保证系统的可靠性：由于结构健康监测系统是长期户外实时运行，应采取相应的防护措施以保证系统在各种气象条件下的可靠性。3.2 保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能应与当前的监控及测试技术水平、结构健康监测的相关理论相适应。3.3 可操作和易于维护性：系统正常运行后应易于管理和操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，易损件应方便更换和升级。3.4 具有完整和扩容功能：系统在监控过程能够使监控内容完整、逻辑严密、各功能模块3.5在选用传感器与采集装置时，要综合考虑监测要求和经费预算等多方面因素。3.6传感器布设应根据工作环境考虑一定程度的冗余，宜优先选用技术成熟可靠的产品。3.7结构健康监测系统软件应与硬件匹配良好，且具有兼容性、易扩展性、易维护性和良2.6监测系统monitoringsystem由监测设备组成实现一定监测功能的软件及硬件集成。2.7数据库管理系统databasemanagementsystem借助操作系统的支持对数据库和系统资源进行统一管理和控制的软件。其主要功能包括：数据库的建立、数据定义、数据操作、数据库的运行管理和维护。3 结构健康监测系统的设计原则3.1 保证系统的可靠性：由于结构健康监测系统是长期户外实时运行，应采取相应的防护措施以保证系统在各种气象条件下的可靠性。3.2 保证系统的先进性：设备的选择、监测系统功能应与当前的监控及测试技术水平、结构健康监测的相关理论相适应。3.3 可操作和易于维护性：系统正常运行后应易于管理和操作，对操作维护人员的技术水平及能力不应要求过高，易损件应方便更换和升级。3.4 具有完整和扩容功能：系统在监控过程能够使监控内容完整、逻辑严密、各功能模块3.5在选用传感器与采集装置时，要综合考虑监测要求和经费预算等多方面因素。3.6传感器布设应根据工作环境考虑一定程度的冗余，宜优先选用技术成熟可靠的产品。3.7结构健康监测系统软件应与硬件匹配良好，且具有兼容性、易扩展性、易维护性和良好的人机交互功能，且能长期稳定运行。4前期工程勘察4.1 勘查目的确保有关前期工程勘察工作的各步骤规范合理，保证工作成果符合设计和施工的需要。4.2 适用范围供依据，为前期方案转深化设计及工程实施提供参考依据。24.3 工程勘察的工作任务1 制定售前工程勘察计划，收集和熟悉项目技术方案和设备配置，确定勘察人员，准备工程勘察问题和勘察工具。2 初步确认项目的系统组网方式，包括各监测项的接入方式、传输方式，无线传输需现场测试各运营商的信号质量。3 现场勘察并确认监测点的布置位置、安装方式、线缆管线的走向、取电方式等实施应考虑各设备是否符合现场安装条件和运行环境。4统计工程所需的立杆、支架、线材、管材、辅材等材料的用量。5当监测数据不接入云平台，采用本地化存储时，需确定监控中心的位置。6根据工程勘察信息，出具初步监测设备的清单配置。7根据资料及工程勘察信息，编写初步设计方案，绘制监测布点图纸、系统组网拓扑图。4.4工程勘察的流程4.4给出了现场勘查工作的流程。准备工作现场勘察需求确认勘查报告图4.4 工程勘察的工作流程4.4.1准备工作1勘察人员接到任务安排正式通知后，需对勘察工作进行准备和熟悉。2根据项目的前期了解，预设勘察时的针对性问题，勘察时进行勘察确认。3准备好勘察工具，如相机、皮尺、激光测距仪、手电筒、安全帽等。4.4.24.3 工程勘察的工作任务1 制定售前工程勘察计划，收集和熟悉项目技术方案和设备配置，确定勘察人员，准备工程勘察问题和勘察工具。2 初步确认项目的系统组网方式，包括各监测项的接入方式、传输方式，无线传输需现场测试各运营商的信号质量。3 现场勘察并确认监测点的布置位置、安装方式、线缆管线的走向、取电方式等实施应考虑各设备是否符合现场安装条件和运行环境。4统计工程所需的立杆、支架、线材、管材、辅材等材料的用量。5当监测数据不接入云平台，采用本地化存储时，需确定监控中心的位置。6根据工程勘察信息，出具初步监测设备的清单配置。7根据资料及工程勘察信息，编写初步设计方案，绘制监测布点图纸、系统组网拓扑图。4.4工程勘察的流程4.4给出了现场勘查工作的流程。准备工作现场勘察需求确认勘查报告图4.4 工程勘察的工作流程4.4.1准备工作1勘察人员接到任务安排正式通知后，需对勘察工作进行准备和熟悉。2根据项目的前期了解，预设勘察时的针对性问题，勘察时进行勘察确认。3准备好勘察工具，如相机、皮尺、激光测距仪、手电筒、安全帽等。4.4.2现场勘察的内容1拍摄现场的图片，包括：现场监测区域和周边的总图，测点局部位置图，线缆管线走向图。2 选定电缆走线方便，取电及电源线缆布线施工方便的安装点；标记不同安装方案的安装位置，可能取电的房屋、设施；需要使用太阳能的安装位置的地面地基描述（水泥、柏33 根据信号传输距离、环境干扰、施工难度、现有的环境条件、工程和维护成本综合考虑，选择性价比最优的传输方案。对于无线传输方案，需测试各运营商信号强度。4 4.4.3 需求确认工程勘察总结，整理输出完整的勘察报告。4.4.4 勘查报告网拓扑图。5 技术方案的深化设计5.1 深化设计的目的为了保证有关结构健康监测系统技术方案的深化设计的各项工作严谨规范、科学合理，保证工作成果符合项目施工要求，项目完成后满足客户需求。5.2适用范围适用于本公司结构健康监测系统的深化设计工作。5.3深化设计的工作任务在售前勘察基础上进行项目现场深化设计，在此基础上主要完成以下工作：1确定各类监测点的具体位置。2确定项目涉及到的土建类、设施类的做法图纸。3确定系统组网拓扑图、采集箱装箱图、装箱清单、总清单。4确定项目的具体供电方案。53 根据信号传输距离、环境干扰、施工难度、现有的环境条件、工程和维护成本综合考虑，选择性价比最优的传输方案。对于无线传输方案，需测试各运营商信号强度。4 4.4.3 需求确认工程勘察总结，整理输出完整的勘察报告。4.4.4 勘查报告网拓扑图。5 技术方案的深化设计5.1 深化设计的目的为了保证有关结构健康监测系统技术方案的深化设计的各项工作严谨规范、科学合理，保证工作成果符合项目施工要求，项目完成后满足客户需求。5.2适用范围适用于本公司结构健康监测系统的深化设计工作。5.3深化设计的工作任务在售前勘察基础上进行项目现场深化设计，在此基础上主要完成以下工作：1确定各类监测点的具体位置。2确定项目涉及到的土建类、设施类的做法图纸。3确定系统组网拓扑图、采集箱装箱图、装箱清单、总清单。4确定项目的具体供电方案。5确定项目的软件呈现目标。6确定采集箱的最终位置。7确定各监测项的最终线缆走向。48 确定项目设备的防护与防盗方式。9 确定设备的调试方式。依据以上确定的内容输出最终深化设计方案、图纸和清单。5.4技术方案深化设计流程5.4为技术方案深化设计的工作流程。项目立项项目深化勘察设计任务确认设计资料汇总方案图纸清单输出项目实施实施过程跟进过程变更协调项目完成图5.4 技术方案深化设计流程图8 确定项目设备的防护与防盗方式。9 确定设备的调试方式。依据以上确定的内容输出最终深化设计方案、图纸和清单。5.4技术方案深化设计流程5.4为技术方案深化设计的工作流程。项目立项项目深化勘察设计任务确认设计资料汇总方案图纸清单输出项目实施实施过程跟进过程变更协调项目完成图5.4 技术方案深化设计流程图5.4.1 项目立项在项目确定立项后，启动技术方案深化设计工作。5.4.2 项目深化勘察在前期勘察的基础上，前往项目现场进行项目深化勘察。5.4.3 设计任务确认的内容51 在深化勘察基础上，对各监测项目监测点位置进行优化，结合项目现场条件优化测点位置。23传感器数量优化，根据优化的测点位置和项目实际情况，优化传感器数量。45测点冗余设计，在一些重大项目的一些重要区域，需考虑测点冗余设计。如同一测点位置布置不同厂家传感器，以提高监测系统稳定性。6 优化线缆、水管等走线方式，需对项目进行深化勘察，结合项目现场条件确定。7 传感器匹配线缆、水管等数量优化。根据优化的线路或水路走线方式优化线缆或水管长度。8 系统供电方案优化，根据项目现场供电条件优化系统供电设计方案。如确定具体型号的太阳能板、蓄电池容量及数量。9 系统平台设计优化。根据客户需求，与软件研发部确认优化系统平台设计。10 完成设计任务的其余确认工作。5.4.4 设计资料汇总完成深化设计资料的汇总，输出最终的深化设计方案、图纸、清单。6 技术方案的设计内容6.1 传感器选型6.1.1 “监测信息全面，信号质量稳定和经济合理”1 在深化勘察基础上，对各监测项目监测点位置进行优化，结合项目现场条件优化测点位置。23传感器数量优化，根据优化的测点位置和项目实际情况，优化传感器数量。45测点冗余设计，在一些重大项目的一些重要区域，需考虑测点冗余设计。如同一测点位置布置不同厂家传感器，以提高监测系统稳定性。6 优化线缆、水管等走线方式，需对项目进行深化勘察，结合项目现场条件确定。7 传感器匹配线缆、水管等数量优化。根据优化的线路或水路走线方式优化线缆或水管长度。8 系统供电方案优化，根据项目现场供电条件优化系统供电设计方案。如确定具体型号的太阳能板、蓄电池容量及数量。9 系统平台设计优化。根据客户需求，与软件研发部确认优化系统平台设计。10 完成设计任务的其余确认工作。5.4.4 设计资料汇总完成深化设计资料的汇总，输出最终的深化设计方案、图纸、清单。6 技术方案的设计内容6.1 传感器选型6.1.1 “监测信息全面，信号质量稳定和经济合理”的原则来选取传感器的种类和数量。6.1.2 的要求。6.1.3应根据所需监测参数来选取传感器的灵敏度和量程范围。6.1.4应根据监测参数所需的频率范围选取有相应频率响应特性的传感器。6.1.5选取的传感器应具有良好和稳定的线性度。6.1.6传感器应具有良好而稳定的分辨率，且不应低于所需监测参数的最小单位量级。6.1.7应根据监测参数要求的精度范围合理选用精度等级满足要求的传感器。66.1.8传感器应具有良好和稳定的重复性能。6.1.9传感器应满足结构实际使用的环境因素，且应便于维护和更换。6.2监测点的布置原则6.2.1所选择的位置能尽可能全面地、精确地获取结构参数的信息。6.2.2所选择的位置有较好的抗噪声干扰性能。6.2.3所选的位置测得的响应对结构参数的变化较为敏感。6.2.4宜布置在结构响应最不利位置或已损伤位置。6.2.5应优先选择方便安装和更换传感器的位置。6.2.6应优先选择信号传输距离短的位置。6.3数据采集设备及其安装要求6.3.1采集设备应能与传感器相匹配，并能满足被测物理量的要求。6.3.2境中，采集设备应具备不间断供电设备作为保障。6.3.3 同步或异步采集。6.3.4 数据采集设备宜具备对信号进行放大、滤波、去噪和隔离等预处理功能。6.4 数据的传输系统6.4.1 性、高效性和数据传输质量。6.4.2 数据可采用有线或者无线方式进行传输。6.4.3 传输方式。6.4.46.1.8传感器应具有良好和稳定的重复性能。6.1.9传感器应满足结构实际使用的环境因素，且应便于维护和更换。6.2监测点的布置原则6.2.1所选择的位置能尽可能全面地、精确地获取结构参数的信息。6.2.2所选择的位置有较好的抗噪声干扰性能。6.2.3所选的位置测得的响应对结构参数的变化较为敏感。6.2.4宜布置在结构响应最不利位置或已损伤位置。6.2.5应优先选择方便安装和更换传感器的位置。6.2.6应优先选择信号传输距离短的位置。6.3数据采集设备及其安装要求6.3.1采集设备应能与传感器相匹配，并能满足被测物理量的要求。6.3.2境中，采集设备应具备不间断供电设备作为保障。6.3.3 同步或异步采集。6.3.4 数据采集设备宜具备对信号进行放大、滤波、去噪和隔离等预处理功能。6.4 数据的传输系统6.4.1 性、高效性和数据传输质量。6.4.2 数据可采用有线或者无线方式进行传输。6.4.3 传输方式。6.4.4数据传输子系统中应设计数据备份机制，以保证传输故障时的数据完整性和可靠性。6.4.5数据传输系统的线路应满足设备安装的相关要求，并采取一定的防护措施。6.4.6数据传输系统设计宜具备下列基本资料：71工程场地的现状平面图，包括交通设施、高压架空线和地下构筑物的分布。2电力及有关建筑材料的供应条件。3周围建筑物振动、噪声源等信息资料。4工程总平面布置图。5工程施工方案。6.5 监测数据的存储和管理6.5.1 件以及监测和分析结果等。6.5.2 与应用系统的统一性。6.5.3 信息管理、用户管理、安全管理以及预警信息管理等方面。6.5.4 错功能、系统恢复功能、系统宜支持分布式数据管理功能。6.5.5 监测系统人机交互应符合下列规定：1 人机交互系统应具有友好的、符合专业操作习惯的用户界面。2 监测系统可通过数据传输与控制系统将监测数据存储到数据库系统中，也可从数据1工程场地的现状平面图，包括交通设施、高压架空线和地下构筑物的分布。2电力及有关建筑材料的供应条件。3周围建筑物振动、噪声源等信息资料。4工程总平面布置图。5工程施工方案。6.5 监测数据的存储和管理6.5.1 件以及监测和分析结果等。6.5.2 与应用系统的统一性。6.5.3 信息管理、用户管理、安全管理以及预警信息管理等方面。6.5.4 错功能、系统恢复功能、系统宜支持分布式数据管理功能。6.5.5 监测系统人机交互应符合下列规定：1 人机交互系统应具有友好的、符合专业操作习惯的用户界面。2 监测系统可通过数据传输与控制系统将监测数据存储到数据库系统中，也可从数据便系统能够进一步进行各种深入分析和评估。6.5.6 传输数据的安全性。6.5.7 数据管理子系统软件应具备部分数据转出、备份与协调功能。6.5.8 数据库应具有网络防护功能，防止恶意攻击和病毒破坏并根据用户级别设定相应权限。8附录条文说明1 总则术方案部深化设计指导书》相关规定。2 术语与名词解释将规范中主要的名词进行标准化解释，供查阅时理解，并非国内或国际通用标准解释。3 结构健康监测系统设计原则感器，也不宜采用指标高于监测目的和要求太多的产品，应尽量使不同硬件相互匹配。参数或者预期可能损坏硬件，可进行一定程度的硬件冗余配置。6 技术方案的设计内容号信噪比。6.4 数据的传输6.4.3 数据传输中可能遇到各种问题，应灵活选取合适的方式。1 当工程现场存在无线发射设备或在有强电磁场的环境下，应采取有效的电磁屏蔽措施，若无法实施电磁屏蔽时，应采用有线传输方式。2附录条文说明1 总则术方案部深化设计指导书》相关规定。2 术语与名词解释将规范中主要的名词进行标准化解释，供查阅时理解，并非国内或国际通用标准解释。3 结构健康监测系统设计原则感器，也不宜采用指标高于监测目的和要求太多的产品，应尽量使不同硬件相互匹配。参数或者预期可能损坏硬件，可进行一定程度的硬件冗余配置。6 技术方案的设计内容号信噪比。6.4 数据的传输6.4.3 数据传输中可能遇到各种问题，应灵活选取合适的方式。1 当工程现场存在无线发射设备或在有强电磁场的环境下，应采取有效的电磁屏蔽措施，若无法实施电磁屏蔽时，应采用有线传输方式。2对于交通不便、物理线路布设和维护困难的环境下，宜采用无线传输方式。3需要构建临时传输网络的工程现场，宜采用无线传输方式。4根据工程实际需要，可选择一种或多种传输方式进行组合使用。9则，选取适当的接口类型。采用无线传输数据，应根据工程现场营运的网络、成本和现场实际情况选择合适的无线传输方式。6.4.4 为保证数据传输线路故障时监测数据的完整性和可靠性，应设计数据备份机制。1 数据发送端应保存一定时长的监测数据作为备份。具体时长应大于故障发生后维护7天的监测数据作为备份。2 宜设置双卡槽的数据存储介质以满足连续观测需要，其容量应根