传感器技术在足球场建筑结构健康监测系统中的应用

　　目前，结构健康监测已在航空航天、土木工程、机械工程等领域得到了广泛应用。其中，房屋或大型建筑健康监测系统，通常会采用种类和数目众多的传感器，是各类传感器技术的典型应用场景。今天，传感器专家网小编便来为大家介绍一下传感器技术在上海浦东足球场健康监测系统中的应用，并简单介绍了在该场景应用中，选择和布设传感器的注意事项。

2019年7月1日上午，上海浦东足球场首根看台钢梁吊装成功。新闻图片

　　上海浦东足球场，是一座在建的大型体育综合性建筑。2018年，该足球场建设项目正式开工，预计于2021年竣工，届时将作为上海上港足球俱乐部的新主场，并承办国内外重要赛事。

　　据了解，浦东足球场创新性的屋盖结构设计，跨度大、受力和施工复杂。对此，在足球场施工和运维期间，采用传感器等健康监测手段，对其结构状态进行监测，具有十分重要的意义。

浦东足球场将作为2023年亚洲杯决赛的比赛场馆。图为浦东足球场模型

　　通常，健康监测系统由传感器系统、数据存储与传输系统、数据处理与分析系统、数据发布及预警系统组成吗，可实时感知、识别、诊断、评估结构的损伤与安全状态，提供结构的当前及历史状态信息，并对结构安全隐患进行及时预警，有效降低建筑结构损坏风险。

　　传感器系统包括所有感知荷载、环境信息、结构反应和材料特性的传感器元件，是结构健康监测系统最前端部分。在浦东足球场传感器监测系统中，针对钢结构不同位置的变形、应变、温度、振动等监测需求，安装了不同类型的传感器。

　　例如，在变形、应变监测中，通过安装高精度的倾角传感器，可对摇摆柱的倾斜进行监测。同时，采用三维激光扫描仪、全站仪等相结合的方式，对主要部位节点的进行位置变形监测；采用振弦式和光纤光栅式应变传感器，对重要钢结构构件进行应变监测。

该足球场传感器系统用到的几种传感器，资料图

　　在对钢屋盖结构进行温度和振动监测时，采用了温度传感器和加速度传感器。其中，温度传感器负责对钢屋盖温度场进行监测，用于修正应变监测值；采用振动式加速度传感器，对钢屋盖典型部位的振动进行监测，可了解钢屋盖的振型模态等动力特性，以及台风作用下的动力响应。

　　此外，传感器系统还安装有应变计和磁通量传感器，对径向索和环向索进行索力监测；安装了风速仪和风向仪，也就是风向风速传感器，来对钢屋盖的风场特性进行风速风向的监测。

　　目前，在选择和布设此类结构健康监测系统传感器时，应注意根据项目具体要求和实际条件，本着监测完整、性能稳定兼顾性价比最优的原则，选择适宜的传感器类型和数量。比如，在监测期间，传感器应具备良好的稳定性和抗干扰能力，采集信号的信噪比应满足实际工程需求。此外，最好选择具有补偿功能的传感器。

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　　虽然同属于结构健康监测领域，但与上述足球场建筑结构健康监测不同的是，历史保护建筑的健康监测有其特殊性，例如在历保建筑中传感器的布置须注意隐蔽性，尽量采取无源和无线的方式进行数据的采集和传输，以最大限度地降低对建筑美观的影响。

上海宋庆龄故居纪念馆，资料图

　　比如，位于上海的宋庆龄故居纪念馆，是全国重点文物保护单位。2018年，纪念馆闭馆实施了保护性修缮工程。2019年1月27日，经过保护性修缮工程，纪念馆正式对公众开放。

　　据工作人员介绍，针对病害损伤、沉降变形等一问题，此次修缮通过架设健康监测与房屋检测系统，利用传感器物联网技术，对主楼和辅楼的变形进行实时监测，解决了包括主楼的倾斜和不均匀沉降，以及辅楼的倾斜等问题。

　　在该系统中，通过安装不同种类的传感器，利用集线或无线接收方式，实时采集传感器数据，同时，将数据信息传输到相应平台数据库中，并对监测数据进行相应预处理，最后，将预处理后的数据通过云技术存储在云端网络服务器中，通过分析图表等形式在平台界面进行表达。