如何轻松监测大型商业建筑安全隐患?我们有话说

商业建筑体量大、人流密集,

如何对各类隐患实现实时监测,

防患于未然,

是目前智能绿色建筑发展的重要方向

商业建筑已成为具备服务性、展示性、休闲性和文化性的有生命可感知的空间。商业建筑通常具有人流、交通和信息网络密集、高密度、集约性、建筑与环境协调统一和功能复合等多重外部特征,同时,还具有大空间尺度、通道树型体系、城市景观功能和高科技智能化集成等内部特征。

商业建筑往往人流、交通、信息网络密集

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商业建筑智能安全监测与预警的紧迫性

我国商业建筑存量大,在长期服役过程中不可避免受到多种复杂环境及荷载的长期耦合作用,从而导致其在服役期间可能产生建筑安全隐患和潜在运营风险,特别是其常处于持续“人流密集”的状态,安全隐患一旦变成事故,将造成重大经济损失和社会影响。

商业建筑人流密集情况随处可见

目前,商业建筑运营阶段,大多采用定期人工巡检,现场仪器测量等方法监测建筑安全,但数据不连续、不全面,安全预警表现不尽如人意。例如像玻璃幕墙这样的外围护系统,发生爆裂、脱落等现象除环境温度变化、连接硅酮胶老化、连接件松动等常规、显性原因外,也有可能是由于建筑物整体沉降或变形等因素引起。

幕墙脱落玻璃爆裂

运营结构坍塌

钢结构屋架屋顶坍塌

建筑物安全事故示例

因此,静态检测手段已不能完全满足对复杂的商业建筑安全控制的需求,必须通过动态监测技术弥补其在预警方面的不足。而商业建筑整体监测、诊断与预警应作为一个系统工程,其核心任务是实时获得运营环境下商业建筑主体结构变形、外围护系统响应和机电设备运行状况等实时信息,综合诊断与评价商业建筑外部和内部运营安全状态,为此类结构的安全、高效、经济运营提供技术支持。

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商业建筑智能安全监测与预警的实现

商业建筑特点是体型巨大、结构形式复杂多样、机电设备种类繁多,随着建筑使用年限增加,其安全性、完整性和适用性都会损耗,利用先进传感及监测技术,建立商业建筑安全监测与预警系统,实时准确诊断建筑长期性能的变化过程、有效评定建筑各部分状态,从而保证建筑的长寿化与健康化。

根据欧美国家几十年积累的大型建筑运维经验,利用建筑健康监测技术,可在建筑全寿命期内使其运维费用最小化并能大大提高运维的工作效率。将常规检测方法(如定期人工巡检)与建筑智能监测技术进行有机结合,可有效消除现有商业运维安全方法中的许多不足,同时获得海量安全运维数据,为建筑运维智能化、信息化、数字化夯实基础。

2.1功能

监测商业建筑主体结构的安全运营状况

针对商业建筑的大型采光屋顶、大跨度悬挑、地库出入口坡道等受力复杂、易于产生运营风险的结构区域,采用高性能分布式布里渊光纤传感技术,建立主体结构监测传感网络,实时监测传感网络内主体结构空间连续变形及应力,实现主体结构的运营安全监测。

主体结构运营安全监测示意图

监测商业建筑外维护系统的安全运营状况

针对商业建筑的玻璃幕墙、主要出入口上方石材等易于产生掉落、破碎、裂缝、变形等运营风险的结构区域,建立外围护系统监测传感网络,实时监测传感网络内任意相邻两块玻璃幕墙/石材之间空间变形,实现对外围护系统的运营安全监测。

外维护系统运营安全监测示意图

监测商业建筑机电设备的安全运营状况

针对商业综合体建筑结构中易于产生掉落、漏气、漏液、腐蚀等运营风险的重型供热及消防管道结构,建立重型管道结构监测传感网络,实时监测传感网络内管道及支吊架的空间连续变形、漏气导致的管道局部振动异常、漏液导致的管道局部温度异常等,实现对机电设备的运营安全监测。

机电设备运营安全监测示意图

实现对商业建筑潜在运营风险的快速预警

采用实时监测的建筑运营状态诊断技术,对采集得到建筑监测大数据进行处理与分析,推断建筑是否产生结构损伤及累积破坏,同时能精准定位,评价所监测建筑是否具有潜在运营风险,并及时有效的对潜在风险进行预警。

2.2 技术

为了实现这些功能,迫切需要开发具有大范围、长距离、长持时的结构安全运营监测技术,同时需要高效的算法来提高预警速度。近年来,广泛应用、技术成熟、建筑监测首选的监测技术是光纤监测技术,光纤传感器具有灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘、防爆性好、抗电磁干扰、光路可扰曲、易于与计算机连接、便于遥测等优点,且结构简单、尺寸小、质量轻、频带宽,可进行温度、应变、压力等多种参数的分布式测量。此前已在航空航天、桥梁、隧道、大坝、风电、输电线塔等领域进行应用。

分布式布里渊光纤传感技术作为目前光纤传感技术的佼佼者,以光纤通信中的普通单模光纤作为传感介质,由于光纤本身就是传感器,所以可以实现空间上的连续监测,监测点多,可达百万个;同时,监测距离长,可达百公里,因此,特别适合对商业建筑等大型复杂建筑的安全运营监测。

两种传感技术的原理对比

传统点式传感监测技术示意图

分布式布里渊光纤传感监测技术示意图

2.3 成本与效益

商业建筑大多体量庞大,利用传统人工和仪器检测方法,以每五年为一个周期计算(机电设备检测周期更短),最基本的主体结构、外维护系统和机电设备的费用根据规模、检测内容、复杂程度在几十万到数百万不等,第三方检测机构的费用会翻倍。事故发生时,还经常无法准确定位,更需要花费大量人工时排查;而定期检查很难做到实时预警。

而以时间为自变量的建筑全空间、全寿命监测系统,如以分布式布里渊光纤传感技术为代表的新型监测系统,首年投入可能略高,但如从10年或20年的时间周期看,每栋商业建筑单体每天的监测成本只有几百元。如果全部商业建筑实现组网,成本还会进一步降低。由于预警功能强大,可防患于未然,预防成本要远低于事故发生后的补救成本。此外,由于可实时获取监测数据,有关数据还可供新建项目借鉴。对建筑安全新技术的关注与投入,还将提升企业品牌形象和社会影响力。

传统监测方法与光纤传感技术监测方法的对比

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前景与展望

通过在建筑整体全面布设传感器,实现全天候、全寿命周期的实时监测,使建筑本体布满“神经元”,初步实现使建筑具有生命体征,创新性实现建筑全面安全监测和预警;精准获得关于建筑各部位的安全监测数据,提前加固安全隐患部位、修缮已损部位,优化新建建筑相应部位的设计和工艺工法;将数据分阶段赋予各项目BIM模型,建立在GIS系统上,将建筑规律明显的数据回归模型,逐步实现人工智能控制,与现有的安防系统、环境控制系统联动,打造真正的“可感知的智能安全绿色建筑”。

光纤监测技术可助力打造可感知的智能安全绿色建筑

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20180810G107YT00?refer=cp_1026
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