[发明专利]一种钢结构建筑健康监测系统及其布置方法

权利要求书

1.一种钢结构建筑健康监测系统，包括传感器设备层、监测数据传输层及系统应用层；其特征在于：

所述传感器设备层包括建筑力学监测传感器子模块和建筑环境监测传感器子模块；

所述的监测数据传输层通过WiFi或者4G\5G蜂窝流量将传感器设备层的监测数据传输至5G工业网关中转，而后通过5G工业网关将传感器设备层的监测数据上传至云端监测数据中心服务器；云端监测数据中心服务器数据库采用基于IFC标准的C#语言数据库，储存有IFC规范BIM模型，在云端监测数据中心服务器将监测传感器编号与云端监测数据中心服务器IFC规范中的传感器编号相对应判断，当编号对应成功时，提取该编号传感器数据添加至云端监测数据中心服务器中数据库；当编号对应不成功时,先在云端监测数据中心服务器中新建传感器编号，而后提取该编号传感器信息添加至云端监测数据中心服务器中数据库；最终将传感器设备层的监测数据在云端监测数据中心服务器进行储存集成到IFC规范文件中；

所述的系统应用层使用C#编程语言开发，通过应用端从云端监测数据中心服务器调用收集到的传感器设备层监测数据，并将所收集数据整理、汇总；通过建筑环境监测传感器子模块采集的建筑环境变量数据，进行监测、预警及调节室内环境变量；通过建筑力学监测传感器子模块采集的建筑力学变量数据，结合BIM模型，可视化的反映钢结构实时状况，并支持IFC模型导出。

2.根据权利要求1所述的一种钢结构建筑健康监测系统，其特征在于：所述建筑环境监测传感器子模块包括水压传感器，电流传感器，温、湿度传感器，有害气体传感器，烟雾传感器，风速、风向检测仪。

3.根据权利要求2所述的一种钢结构建筑健康监测系统，其特征在于：所述温、湿度传感器，有害气体传感器，烟雾传感器均交错布置，且横纵方向不在同一水平或竖向直线上。

4.根据权利要求1所述的一种钢结构建筑健康监测系统，其特征在于：所述建筑力学监测传感器子模块采用高精度MEMS光纤光栅传感器或自温补焊接式光纤应变计。

5.根据权利要求4所述的一种钢结构建筑健康监测系统，其特征在于：所述MEMS光纤光栅传感器监测精度为0.1mm、自温补焊接式光纤应变计的应变量程±3000με。

6.根据权利要求1所述的一种钢结构建筑健康监测系统，其特征在于：所述5G工业网关留有IPSEC、OPENSSL、OP-TEE、DPDK、ovs-DPDK、Samba多种数据传输协议。

7.一种钢结构建筑健康监测系统的布置方法，具体为：

S1传感器设备层安装

1)建筑力学监测传感器子模块的安装

在钢结构建筑施工完成后，结合竣工图纸在钢结构梁、柱的端点及跨中点，结合有限元模型分析后应力、应变集中或相对位移超过梁长/1000mm的结构位置处安装高精度MEMS光纤光栅传感器，对建筑结构的梁、柱结构实时进行挠度、应力、倾角监测；在沿平行焊缝1-1.5cm处安装自温补焊接式光纤应变计，对钢结构安装时的焊缝进行变形监测；

2)建筑环境监测传感器子模块的安装

在水网各个节点安装水压传感器；在电网主输入节点和各子系统子节点安装电流传感器；于建筑内部交错布置安装温、湿度传感器、有害气体传感器、烟雾传感器，且横纵方向不在同一水平或竖向直线上；于建筑外墙每个转角处安装风速、风向检测仪；

S2将传感器设备层与监测数据传输层通过WiFi或者4G\5G全网通信号连接，传感器设备层所监测数据通过5G工业网关上传至云端监测数据中心服务器；

S3系统应用层设置应用终端，应用终端页面设置包括监测预警、历史数据查询、实时监测、项目概况、系统管理、3D视角查看及数据导出子系统。

8.根据权利要求7所述的一种钢结构建筑健康监测系统的布置方法，其特征在于：所述S1第1)步中建筑力学监测子模块传感器的安装中结合有限元模型分析的方法，具体为：

a)高精度MEMS光纤光栅传感器第一次安装、建筑监测数据采集

在钢结构的梁、柱端点及跨中区域1-5m定距安装MEMS光纤光栅传感器，并人为设定的监测周期，采集钢结构建筑初始应力应变数据、水平和竖向变形数据；

b)建立Abaqus有限元仿真模型分析结构受力特征

将a)中所得到的钢结构应力应变数据，代入Abaqus有限元模型计算软件分析钢结构建筑应力应变情况,得到钢结构应力应变集中点的结构位置；

c)根据b)中所述的钢结构建筑应力应变情况得到的钢结构应力应变集中点的结构位置，结合a)中已有的MEMS光纤光栅传感器监测点加密布置MEMS光纤光栅传感器，布置密度不小于1m/处；同时在系统应用层增加该区域MEMS光纤光栅传感器监测频率，使监测频率不小于12h/次。