基于物联网平台的大型高铁站房全寿命结构健康监测系统定制技术

Nowadays, China is undergoing an upsurge of construction of high-speed railways, a great amount of large-scale railway stations have been built or are under construction. These type of large-scale railway station are usually large spatial structures, which have highly intensive population. So its safety is import. During construction and operation period, the structural damage caused by various environmental load will put the structure at risk in long term in the future. The current technology for structural health monitoring of large spatial structures in life-cycle term is relatively weak, which is far behind the project application demand. In this proposal, theoretical analysis, hardware development, software design, test and project application will be performed to achieve health monitoring technology for large-scale structures of the railway stations in life-cycle term. Namely, Establish a targeted optimization layout methods for measuring points; Develop a multi-parameters wireless sensor networks which has good stability, expandability and synchronization; Develop a multi-terminal monitoring software Based on internet of things; After a laboratory validation, it will be applied to some actual railway station projects. All of the work are hope to make a contribution for the structural health monitoring technology of spatial structures and the healthy development of high-speed rail construction.

当前我国正处于高铁建设的高峰期，一批配套的超大型枢纽站房已经建成或正在建设中。这类大型铁路站房通常采用超大型空间结构体系，且人员高度密集，其结构安全的重要性不言而喻。结构施工及运营期内，各类环境荷载造成的结构损伤对其日后的正常运营埋下了安全隐患。而目前针对此类特殊的超大型空间结构全寿命周期内的结构健康监测技术研究还相对薄弱，远远落后于工程监测需求。本项目将通过理论分析、硬件研发、软件开发、实验研究及工程案例应用等手段实现大型铁路站房结构全寿命周期内的健康监测。建立一套针对性强的测点优化布置分析方法；研发适用于大面域分布，融合多类监测参数的无线传感标准产品集，实现稳定的自由拓展组网与时间同步性；开发一套基于物联网平台的多终端监测软件系统；在经过实验室验证后，应用于实际铁路站房工程中，为我国空间结构健康监测技术与高铁建设事业的健康发展作出贡献。

随着高铁建设的快速发展，我国的超大型铁路站房已经具备了很大的数量和规模。这类站房结构安全的重要性不言而喻。在结构施工及运营期内，各类环境荷载、突发因素、材料老化等都可能对结构造成损伤，给结构安全带来隐患。而目前针对此类特殊的超大型空间结构全寿命周期内的结构健康监测技术研究还相对薄弱，远远落后于工程监测需求。本项目将过理论分析、硬件研发、软件开发、实验研究及工程案例应用等手段，解决一系列大型铁路站房全寿命周期内结构健康监测的关键技术问题。完成的具体研究内容包括：（1）建立了一套适用于大型站房结构健康监测的基于荷载敏感度与结构自身敏感度指标的测点优化布置方法；（2）研发了系列新型的适用于大面域分布、多参数并存，统一标准化接口的无线传感产品，实现了应力、加速度、温度、位移、风荷载五类参数的采集，解决了低功耗，智能组网，时间同步等技术瓶颈；（3）研发了适用于高铁站房的无线风荷载实测系统，并对大型高铁站房等同类建筑结构的风场特性以及屋盖表面风压分布特征进行了系统的研究分析；（4）研究了大型站房结构海量监测数据的处理及信息挖掘技术，建立了基于神经网络的缺失数据修复方法，基于监测数据及贝叶斯动态模型的结构响应预测及荷载效应分离方法，基于概率主成分分析的结构异常状态识别算法；（5）研究了站房结构的车辆-桥梁-结构系统动力相互作用分析方法，分析了高速列车对站房结构的振动影响；（6）基于核心智能传感技术，研究了智能张弦结构的控制理论与技术，形成了基于位移、内力及多目标输入的闭环控制方法，并设计制作了模型试验，为实现大型站房类空间钢结构的受力性能自动优化调控奠定基础；（7）开发完成了基于物联网的多终端安全信息平台架构，实现了站房结构的在线安全监控可视化，并建立了基于云平台的站房建筑健康信息档案；（8）将研发的基于物联网的监控技术与平台系统成功应用于杭州东站、重庆北站、襄阳东津站三座实际工程中。