工程全生命周期的健康監(jiān)測是一個跨學(xué)科、多領(lǐng)域融合的行業(yè)，北京云廬科技有限公司致力于通過對全過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)工程中可能出現(xiàn)的問題，避免或減少工程質(zhì)量和安全事故的發(fā)生。本文揭示了云廬科技如何攜手華為云，打造全球領(lǐng)先的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，用新的技術(shù)守護(hù)工程安全。

工程安全事關(guān)重大

眾所周知，安全事故事關(guān)重大，無論是智慧城市還是智慧交通，都離不開工程安全的保障，而工程事故有可能是發(fā)生在運(yùn)維的階段，也有可能是發(fā)生在施工期。目前，世界上多個國家把基礎(chǔ)設(shè)施的災(zāi)變機(jī)理、預(yù)測方法等，納入到未來的重要規(guī)劃中。同時，基礎(chǔ)設(shè)施災(zāi)害的發(fā)生，往往既有自然因素的影響，也有人為因素的影響。天災(zāi)可以通過對環(huán)境的預(yù)測，如氣象、水文、地質(zhì)災(zāi)害來預(yù)報，人禍可以通過法規(guī)、設(shè)計和在線監(jiān)測系統(tǒng)來避免。

云廬科技希望打造貫穿于工程全生命周期的健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過對施工過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)工程中可能出現(xiàn)的問題，避免或減少工程質(zhì)量和安全事故的發(fā)生。通過對運(yùn)維階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可以有效掌控運(yùn)維期間結(jié)構(gòu)的使用情況和發(fā)展趨勢，為養(yǎng)護(hù)決策部門提供數(shù)據(jù)的決策支撐。而對施工期的監(jiān)測和運(yùn)維期檢測數(shù)據(jù)的分析，又可以為設(shè)計階段提供很好的借鑒作用。

顧名思義，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和醫(yī)學(xué)上的健康監(jiān)測有點(diǎn)接近，都是通過采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，***給出診斷和治療的結(jié)論。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測已經(jīng)發(fā)展了20多年，目前大部分應(yīng)用還處于利用傳統(tǒng)的傳感器，收集、采集數(shù)據(jù)的水平，無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行正確有效的分析。

這個行業(yè)是一個跨學(xué)科、多領(lǐng)域融合的行業(yè)。首先，我們需要有傳感器、網(wǎng)絡(luò)、云平臺以及系統(tǒng)集成等技術(shù)支持，也需要計算力學(xué)，以及建筑、橋梁、水利等專業(yè)技術(shù)的支撐配合。另外，我們還需要對數(shù)據(jù)建模，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，以及基于人工智能的數(shù)據(jù)挖掘。同時，我們要得出有效的結(jié)構(gòu)損傷識別情況、結(jié)構(gòu)剛度矩陣修正與重分析，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測等。

云廬安全監(jiān)測平臺守護(hù)安全

云廬科技結(jié)合華為云EI開發(fā)的系統(tǒng)，可以通過分析和識別，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，在結(jié)構(gòu)可能發(fā)生危險的萌芽狀態(tài)提前預(yù)警，為施工和運(yùn)維部門提供數(shù)據(jù)與信息的支撐。我們大概采用了華為云50余項平臺開發(fā)模塊，所有的服務(wù)都是基于華為云服務(wù)運(yùn)行。我們使用了包括數(shù)據(jù)存儲服務(wù)在內(nèi)的中間件，以及ModelArts的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、圖象識別等各種平臺。

具體來講，云廬科技基于華為云EI開發(fā)了五大應(yīng)用場景。

場景一：數(shù)據(jù)采集

場景一是數(shù)據(jù)采集，例如可以采用一個光纖傳感器，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉O(shè)備，再接到現(xiàn)場主機(jī)，傳到云上，整個部署非常麻煩而且成本高昂。隨著萬物互聯(lián)趨勢的不斷加深，我們采用華為的IoT模塊可以使其接入更加便捷。我們還采用華為的邊緣計算模塊，使數(shù)據(jù)得到及時處理。而且，我們通過華為的邊緣端還可以接入多種傳感器的數(shù)據(jù)，一機(jī)多用。

隨著邊、端和云的協(xié)同，整個設(shè)備的成本下降70%以上，系統(tǒng)響應(yīng)速度提高了2倍。我們通過華為的邊緣計算模塊，可以使無效的數(shù)據(jù)量傳輸減少三分之二，使有效的數(shù)據(jù)量傳輸提高50%以上。

場景二：確保數(shù)據(jù)的一致性

場景二是確保數(shù)據(jù)的一致性。數(shù)據(jù)采集的整個過程中，參與的部門眾多，人員復(fù)雜，工程生命周期長，而且面臨頻繁的各種變更，怎么保證數(shù)據(jù)信息和實物信息的一致性，是大家面對的共同挑戰(zhàn)。我們基于華為區(qū)塊鏈平臺，將圖紙、合同等通過區(qū)塊鏈統(tǒng)一分發(fā)，使從業(yè)主、規(guī)劃、設(shè)計、施工到運(yùn)維等各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和內(nèi)容保持統(tǒng)一。

場景三：結(jié)構(gòu)健康預(yù)測

場景三是結(jié)構(gòu)健康預(yù)測，這其中，我們最想利用的是及時得到建筑物的信息，如果某個建筑物有壞點(diǎn)，我們希望及時更換，以避免事故的發(fā)生。所以，我們需要對建筑物的壽命和健康狀況進(jìn)行有效預(yù)測，正如人不能兩次踏入同一條河流，建筑物的承載力也是隨著時間的變化而變化的。

基于實測的環(huán)境荷載，如風(fēng)、溫度等，結(jié)合結(jié)構(gòu)真實的響應(yīng)情況，進(jìn)行剛度矩陣的修正。這個過程可以以系統(tǒng)的總體矩陣為修正的對象，也可以以設(shè)計參數(shù)，如密度、彈性模量、約束條件等作為對象，得到建筑物當(dāng)前承載能力的真實狀態(tài)。我們再通過能預(yù)測得到的，如風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度等因素，就可以對建筑物的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行真正意義上的預(yù)測。我們在華為云機(jī)器學(xué)習(xí)工程師的幫助下，可實現(xiàn)預(yù)測準(zhǔn)確度接近90%。

場景四：施工規(guī)范自動監(jiān)測

場景四是施工規(guī)范自動監(jiān)測。隨著建筑工業(yè)化的發(fā)展，現(xiàn)在有很多新型建筑形式產(chǎn)生，比如我們稱為住宅產(chǎn)業(yè)化的結(jié)構(gòu)。它是一種裝配式的，不在現(xiàn)場進(jìn)行澆筑，把構(gòu)件運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行現(xiàn)場拼裝。住宅產(chǎn)業(yè)化是現(xiàn)在比較成熟的產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)在很多發(fā)達(dá)國家進(jìn)行了應(yīng)用。我國已明確提出到2020年，裝配建筑占新建建筑的比例要達(dá)到20%以上，2025年要達(dá)到50%以上。這個行業(yè)會有突飛猛進(jìn)的發(fā)展，蘊(yùn)藏著巨大的市場商機(jī)，也肯定會有一些急需解決的技術(shù)難題。

比如，怎么保證上下樓板在貫通的過程中得到強(qiáng)度的保證，這就要求所有的灌漿孔都要灌滿，以前對現(xiàn)場的照片要人來識別，效率非常低，我們基于華為云ModelArts的深度學(xué)習(xí)圖象識別模塊，可以對灌漿孔的圖片進(jìn)行有效的識別，判斷出哪些是灌滿的、哪些是未灌滿的、哪些是穿線管道。通常，上傳一百張現(xiàn)場圖片就可以進(jìn)行有效的識別，有效識別率接近80%，這種工作可以使檢查部門的效率提升50%以上，同時使施工的差錯率降低30%。

場景五：結(jié)構(gòu)損傷識別

場景五是結(jié)構(gòu)損傷識別。以一個體育場館的建筑為例，隨著時間的發(fā)展，它會受到疲勞、腐蝕以及老化的影響，這個建筑不可避免地會產(chǎn)生一些損傷點(diǎn)。我們怎么找到這些損傷的部位，并且定義出損傷的情況，是比較重要的任務(wù)。另外，在建筑物上布設(shè)傳感器，只是布設(shè)了一部分。這是因為傳感器布設(shè)不能影響結(jié)構(gòu)物原有的結(jié)構(gòu)性能，而且出于經(jīng)濟(jì)的考慮不可能布設(shè)得特別多。所以，我們需要布置盡可能少的傳感器，又要盡可能得到真實的建筑物性能情況，這要求我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行力學(xué)反演和損傷識別。

以前的應(yīng)用大部分都是針對幾根桿件或者幾塊板識別，通過華為云ModelArts，我們現(xiàn)在可以識別相對復(fù)雜的損傷。基于華為云的EI平臺，我們可以使力學(xué)仿真效率提升100倍，真正實現(xiàn)從數(shù)據(jù)到本質(zhì)、從局部到整體、從監(jiān)測到預(yù)測的整個過程的識別。

在未來，我們希望拓展低能耗、低成本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，以提升運(yùn)維管理的效率和降低成本；我們希望開發(fā)合理的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測平臺，將安全隱患消滅于初期，為智慧城市和智慧交通的發(fā)展添磚加瓦；我們希望打造工程健康監(jiān)測領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)平臺，促進(jìn)整個產(chǎn)業(yè)鏈的共同發(fā)展。概括而言，云廬科技希望攜手華為云EI共同守護(hù)美好安全的生活。

本文作者為云廬科技CEO王長欣，文章來源華為《營贏》雜志

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