人体的正常运转有赖于神经系统的精密工作，要实现建筑物全寿命周期管理，同样离不开一套“智慧神经”系统——结构健康监测技术。它能及时感知外界自然条件变化，为建筑物出现的“健康隐患”提出预警，在有初步损坏时“精准判定”，通过“云平台”进行大数据整合，让工程技术人员足不出户就能准确掌控建筑物情况，及时修补维护，提出解决方案，从而保障建筑安全，提高建筑物寿命。
北京建工建研院（以下简称建研院）多年来致力于结构健康监测系统的科研开发和成果应用，从产业孵化型创新工作室，到北京市级职工创新工作室。直到2022年5月正式成立了“工程智能技术研究所”，将信息工程、BIM、云计算、云平台等融入健康监测体系，研发出全自动、全方位、全时段的结构健康监测系统。
这套监测系统具备“感知—传输—分析”一整套智慧功能。前端传感器就像建筑物的“手脚”，感知环境的异常、收集信号，信息子系统犹如“中枢神经”，负责传递信号给建筑物的“大脑”——理论分析和评估子系统，这里对收集来的数据进行分析，发出预警。这套建研院自主研发的结构健康监测系统在国内外大型体育馆、高铁站、公共建筑等多个重大项目中得到成功应用。
智能钢绞线监测：世界最大核安全壳里的“安全卫士”
在河北廊坊，坐落着世界最大尺寸的核安全壳结构性能实验平台“玄武”，中核集团正是在这里完成的模拟极限事故工况下安全壳结构的大型试验。而建研院自主研发的智能钢绞线性能优化监测系统为实验的开展提供了关键技术支撑。
核安全壳对保障核电安全至关重要，是构成核反应堆最外围的建筑，用以容纳反应堆压力容器以及部分安全系统，将其与外部环境完全隔离，是实现安全保护的最后一道屏障。“玄武”是1:3.2低尺寸模拟“华龙一号”核安全的实验平台，其核安全壳从内到外共有两层，第一层是预应力安全壳，是由六毫米厚的钢板构成的钢衬里，钢衬里由上到下连续布置，包裹整个反应堆；在钢衬里包壳外层，有1.3米厚的预应力高强钢筋混凝土筒体结构，能够在核事故工况下，承受高温高压，防止放射性物质泄漏。在其外侧，还有1.8米厚的钢筋混凝土结构，能够抵御外部灾害的影响。这是代表世界最高水平的双层安全壳设计。
建研院设计安装的智能钢绞线正是双层安全壳混凝土结构中的“灵魂”。智能钢绞线不仅起到了混凝土“骨架”支撑的作用，同时具有监测功能，可在一条钢绞线上多点布设传感器，解决了核安全壳预应力筋长、高温高压特殊环境、监测精度要求高等难题，突破了核安全壳预应力监测的技术瓶颈。
加载实验开始后，安全壳内部模拟堆芯事故严重损毁，将热压耦合的高温高压保持在72小时的加载时长，这是对安全壳耐受高温高压的极限测试。结合试验要求，建研院开发了智能监测平台，72小时中，这一监测平台通过安全壳内的1500个传感器，收集加载过程中的应变、位移、温度等数据，并进行实时分析。当加载实验结束后，实验人员对核安全壳进行检测，结果表明，核安全壳在长时间高温高压负荷下，仍然能够保持良好的结构性能和包容性。
实验证明，建研院智能钢绞线技术的几何、力学和传感性能均达到既定目标，具有易于施工、高精度、高耐久性、高成活率的优点，智能钢绞线安装完成后，可以100%采集回收数据，为核安全壳结构全寿命周期提供可靠的智能建造和智慧运维策略。建研院“智能钢绞线性能优化监测系统及核安全壳适应性研究与应用”经专家鉴定，达到国际领先水平。
防风揭智能监测：大型场馆的“护身马甲”
2024年服贸会建工展台上，沙盘模型里的机场屋顶被两条一闪一闪的“光带”缠绕，这可不是霓虹灯光，而是建研院的“防风揭智能监测”系统。
中国是遭受风灾最严重的国家之一，每年平均受到台风正面袭击7至9次，大量金属围护结构——体育场、机场等建成后发生风致破坏。由于高度高、面积大，这类破坏情况不容易被工程人员掌握，检修起来也颇为困难。“防风揭智能监测”系统自带“传感+加固”双重功能，犹如大型场馆的“护身马甲”，很好地解决了这一工程痛点。
一方面，“防风揭智能监测”作为建筑物的“传感系统”，通过采用分布式光纤FRP材料作为传感元件，解决了金属屋面大面积连续布设的难题，按“田字格”铺设的传感智能筋布满整个屋面，随时采集应力数据，能够时刻感知外界变化并做出判断。另一方面，“防风揭智能监测”系统又具有加固作用，纵横交错的智能传感筋如同一层“网箍”，使屋面板整体性加强，确保大风来袭时屋盖飞不走。
该系统软件平台部分创造性地将工程力学、光电传感、BIM、人工智能等多项技术进行融合，从屋面板结构的长期服役过程中损坏的机理出发，进行屋面板整体智能监测，长期实时获取屋面板服役状态，解决了场馆顶部不易人工查看的难题，为屋面板的运维管理提供定位与依据。该监测技术及运维平台均属国内首创，弥补金属屋面体系在长期经受风荷载中可能出现的脱落事故时控制手段匮乏的问题，填补了建筑市场在这一领域的空白。
该系统在汕头亚青会体育场项目服役3年，历经5次台风侵袭，为场馆的安全运营提供了坚实保障，其应用效果受到业主单位的一致好评。建研院“基于光纤传感技术的金属屋面整体性加固与智能运维管理系统”科技成果获评国际先进水平。
智能监测传感器布设集成：项目施工及运维的“数据分析者”
北京工人体育场改造复建，从施工到运维阶段均应用了建研院“智能监测传感器布设集成”。这一监测系统对项目施工及运营期间的受力、变形进行长期监测，综合利用多项结构性能指标，对结构的功能性进行评价与预警；对施工、环境荷载的长期效益以及结构的病态进行综合性诊断；建立结构的健康档案，为工程正常施工与维护提供可靠依据。
北京朝阳站交通枢纽工程钢结构屋盖170米的“空中漫步”，也依靠这套系统的精准监测。4条滑道上的12个顶推点同步发力，通过液压爬行器，将重达3200吨的钢结构，缓慢地从工地南侧推行到换乘大厅的正上方，每个顶推点的位移误差需要保持在5厘米之内。建研院智能监测团队对易损杆件进行应力监测，采用高速摄像机对4条滑轨的同步性进行实时监测，并针对各项数据进行整合分析，避免了滑移过程中的偏移、“卡轨”现象，确保了整体施工安全平稳有序进行。
结构健康监测通过信息化、数字化的手段提升行业生产效率，是土木工程安全与防灾减灾重要的保障技术。面向未来，建研院智能所所长兰春光表示，结构健康监测未来可以参照“智慧医疗”的思路，走“低成本、找指征”的路子，结合企业优势和特点，将云计算、云平台、人工智能等先进的信息化和智能化技术引入至监测平台内，实现全自动、全方位、全时段的运维判定智能化和信息反馈自动化。构建以结构健康档案为中心的建筑物信息平台，提早发现施工问题，将安全和质量问题消灭在萌芽状态。积极发挥数字生产力作用，优化资源利用，实现智慧运维，通过“产业数字化”改造建筑业的传统业态，使传统产业形成新的生产力。 （通讯员 盖爽）
