每個(gè)建筑師心里都住了一位狂野的藝術(shù)家。前段時(shí)間，有幾個(gè)建筑被評為“全球五大違背力學(xué)的建筑”：韓國釜山電影中心、同濟(jì)大學(xué)四平圖書館、英國平衡谷倉、中央電視臺(tái)總部大樓、瑞典維多利亞大廈。

仿真計(jì)算是在施工監(jiān)測之前，用計(jì)算機(jī)技術(shù)對未來結(jié)構(gòu)施工過程可能出現(xiàn)的安全薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先判斷。目前仿真計(jì)算主要采用有限元法。

有限元方法的基本思想：先化整為零、再積零為整，也就是把一個(gè)連續(xù)體人為的分割成有限個(gè)單元，即把一個(gè)結(jié)構(gòu)看成由若干通過結(jié)點(diǎn)項(xiàng)鏈的單元組成的整體，先進(jìn)行單元分析，然后再把這些單元組合起來代表原來的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。

有限元方法的實(shí)質(zhì)，是將復(fù)雜的連續(xù)體劃分為有限多個(gè)簡單的單元體，化無限自由度問題為有限自由度問題，將連續(xù)場函數(shù)的（偏）微分方程的求解問題轉(zhuǎn)化成有限個(gè)參數(shù)的代數(shù)方程組的求解問題。

土木工程常用有限元軟件有ANSYS（通用）、Adina（動(dòng)力、非線性）、MIDAS（橋梁、混凝土）、SAP2000（常規(guī)結(jié)構(gòu)）、MARC（巖土）等。有限元軟件每一個(gè)參數(shù)的設(shè)置都有它獨(dú)特的內(nèi)涵，需要應(yīng)用的一些前提條件，所以對于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要一個(gè)專業(yè)判斷。下面歸納了幾點(diǎn)，用于做定量和定性的判斷：

• 根據(jù)結(jié)構(gòu)低階模態(tài)進(jìn)行初步判斷

• 根據(jù)支座反力進(jìn)行判斷

• 根據(jù)約束條件及荷載對應(yīng)力應(yīng)變分布進(jìn)行判斷

• 根據(jù)約束條件及荷載對變形分布進(jìn)行判斷

• 簡化模型進(jìn)行理論值的推導(dǎo)

實(shí)際監(jiān)測中，對于傳輸方式的選擇，第一種是“有線”連接方式，傳感器、采集器、監(jiān)測終端全部采用有線的連接方式，這是一種傳統(tǒng)的監(jiān)測方式。

第二種是“有線+無線”的連接方式，傳感器和采集器采用有線連接，而終端是無線的通訊方式，這是目前大部分工程監(jiān)測采用的一種方式。

第三種是“無線”連接方式，每一個(gè)傳感器，它本身集成了一個(gè)采集模塊和通訊模塊，隨著監(jiān)測元器件的發(fā)展，成本的降低，這將是以后監(jiān)測的主要方式。

監(jiān)測儀器的選擇，主要考慮的是量程、最小刻度、靈敏度、絕對誤差、精確度、復(fù)現(xiàn)性、穩(wěn)定性、可靠性。采集器的選擇，主要考慮以下方面：

• 從采集儀通道數(shù)來選擇

• 從最高采樣頻率來選擇

• 傳感器參數(shù)的設(shè)置

• 傳感器的標(biāo)定

• 從采集方式來選擇，是否可動(dòng)態(tài)采集

• A/D分辨率

• 供電方式

• 采集儀箱子是否設(shè)有保護(hù)措施，如防雷擊裝置等

傳統(tǒng)的監(jiān)測方式：

對應(yīng)力/應(yīng)變，監(jiān)測方式有應(yīng)變片法、振弦式應(yīng)力應(yīng)變法、光纖光柵應(yīng)力應(yīng)變法。

對變形監(jiān)測，傳統(tǒng)有百分表/千分表、精密水準(zhǔn)儀。

對溫度監(jiān)測，比較常用的溫度傳感器主要是熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器和光纖光柵傳感器。

對沉降監(jiān)測，靜力水準(zhǔn)儀依據(jù)連通管原理的方法，用靜力水準(zhǔn)儀傳感器，測量每個(gè)測點(diǎn)容器內(nèi)液面的相對變化，再通過計(jì)算求得各點(diǎn)相對于基點(diǎn)的相對沉降量。

隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一系列新的監(jiān)測手段：

光纖智能材料

光纖測溫、光纖光柵智能索等

雷達(dá)遙測技術(shù)

雷達(dá)衛(wèi)星系統(tǒng)獲取的圖像能夠提供用于檢測變形的信息，合成孔徑雷達(dá)（SAR）、干涉合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR）

無人機(jī)技術(shù)

搭載高清攝像攝影系統(tǒng)，按規(guī)劃的路徑進(jìn)行區(qū)域性采集信息

三維激光掃描技術(shù)

快速、完整全方位采集監(jiān)測對象表面，獲得結(jié)構(gòu)表面點(diǎn)云，可用于地鐵隧道斷面收斂變形監(jiān)測、管片的裂縫和滲水等。

基于測量機(jī)器人的3D變形監(jiān)測技術(shù)

融合了測繪學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信、信號(hào)處理等專業(yè)技術(shù)，自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)+全站儀，解決自動(dòng)、高效、高精度地監(jiān)測目標(biāo)物在空間3維度變形的問題。

基于北斗的高精度變形監(jiān)測技術(shù)

基于我國自主的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，解決了大區(qū)域范圍內(nèi)自動(dòng)、高效、連續(xù)監(jiān)測目標(biāo)物3維度變形的問題。

基于圖像技術(shù)的非接觸高精度變形監(jiān)測技術(shù)

該系統(tǒng)自主開發(fā)，有工業(yè)相機(jī)、計(jì)算機(jī)及配套專業(yè)軟件組成。通過相機(jī)連續(xù)采集的圖像，運(yùn)用相關(guān)數(shù)字圖像處理算法解析得到被測目標(biāo)點(diǎn)位的變形數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)變形測量方式監(jiān)測點(diǎn)之間測量數(shù)據(jù)不同步、測點(diǎn)工裝安裝工作量大等問題。

大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)過程中溫度場實(shí)時(shí)無線監(jiān)測系統(tǒng)

• 溫度監(jiān)測精度±

每個(gè)建筑師心里都住了一位狂野的藝術(shù)家。前段時(shí)間，有幾個(gè)建筑被評為“全球五大違背力學(xué)的建筑”：韓國釜山電影中心、同濟(jì)大學(xué)四平圖書館、英國平衡谷倉、中央電視臺(tái)總部大樓、瑞典維多利亞大廈。

仿真計(jì)算是在施工監(jiān)測之前，用計(jì)算機(jī)技術(shù)對未來結(jié)構(gòu)施工過程可能出現(xiàn)的安全薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)先判斷。目前仿真計(jì)算主要采用有限元法。

有限元方法的基本思想：先化整為零、再積零為整，也就是把一個(gè)連續(xù)體人為的分割成有限個(gè)單元，即把一個(gè)結(jié)構(gòu)看成由若干通過結(jié)點(diǎn)項(xiàng)鏈的單元組成的整體，先進(jìn)行單元分析，然后再把這些單元組合起來代表原來的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析。

有限元方法的實(shí)質(zhì)，是將復(fù)雜的連續(xù)體劃分為有限多個(gè)簡單的單元體，化無限自由度問題為有限自由度問題，將連續(xù)場函數(shù)的（偏）微分方程的求解問題轉(zhuǎn)化成有限個(gè)參數(shù)的代數(shù)方程組的求解問題。

土木工程常用有限元軟件有ANSYS（通用）、Adina（動(dòng)力、非線性）、MIDAS（橋梁、混凝土）、SAP2000（常規(guī)結(jié)構(gòu)）、MARC（巖土）等。有限元軟件每一個(gè)參數(shù)的設(shè)置都有它獨(dú)特的內(nèi)涵，需要應(yīng)用的一些前提條件，所以對于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要一個(gè)專業(yè)判斷。下面歸納了幾點(diǎn)，用于做定量和定性的判斷：

• 根據(jù)結(jié)構(gòu)低階模態(tài)進(jìn)行初步判斷

• 根據(jù)支座反力進(jìn)行判斷

• 根據(jù)約束條件及荷載對應(yīng)力應(yīng)變分布進(jìn)行判斷

• 根據(jù)約束條件及荷載對變形分布進(jìn)行判斷

• 簡化模型進(jìn)行理論值的推導(dǎo)

實(shí)際監(jiān)測中，對于傳輸方式的選擇，第一種是“有線”連接方式，傳感器、采集器、監(jiān)測終端全部采用有線的連接方式，這是一種傳統(tǒng)的監(jiān)測方式。

第二種是“有線+無線”的連接方式，傳感器和采集器采用有線連接，而終端是無線的通訊方式，這是目前大部分工程監(jiān)測采用的一種方式。

第三種是“無線”連接方式，每一個(gè)傳感器，它本身集成了一個(gè)采集模塊和通訊模塊，隨著監(jiān)測元器件的發(fā)展，成本的降低，這將是以后監(jiān)測的主要方式。

監(jiān)測儀器的選擇，主要考慮的是量程、最小刻度、靈敏度、絕對誤差、精確度、復(fù)現(xiàn)性、穩(wěn)定性、可靠性。采集器的選擇，主要考慮以下方面：

• 從采集儀通道數(shù)來選擇

• 從最高采樣頻率來選擇

• 傳感器參數(shù)的設(shè)置

• 傳感器的標(biāo)定

• 從采集方式來選擇，是否可動(dòng)態(tài)采集

• A/D分辨率

• 供電方式

• 采集儀箱子是否設(shè)有保護(hù)措施，如防雷擊裝置等

傳統(tǒng)的監(jiān)測方式：

對應(yīng)力/應(yīng)變，監(jiān)測方式有應(yīng)變片法、振弦式應(yīng)力應(yīng)變法、光纖光柵應(yīng)力應(yīng)變法。

對變形監(jiān)測，傳統(tǒng)有百分表/千分表、精密水準(zhǔn)儀。

對溫度監(jiān)測，比較常用的溫度傳感器主要是熱電偶溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器和光纖光柵傳感器。

對沉降監(jiān)測，靜力水準(zhǔn)儀依據(jù)連通管原理的方法，用靜力水準(zhǔn)儀傳感器，測量每個(gè)測點(diǎn)容器內(nèi)液面的相對變化，再通過計(jì)算求得各點(diǎn)相對于基點(diǎn)的相對沉降量。

隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了一系列新的監(jiān)測手段：

光纖智能材料

光纖測溫、光纖光柵智能索等

雷達(dá)遙測技術(shù)

雷達(dá)衛(wèi)星系統(tǒng)獲取的圖像能夠提供用于檢測變形的信息，合成孔徑雷達(dá)（SAR）、干涉合成孔徑雷達(dá)干涉測量（InSAR）

無人機(jī)技術(shù)

搭載高清攝像攝影系統(tǒng)，按規(guī)劃的路徑進(jìn)行區(qū)域性采集信息

三維激光掃描技術(shù)

快速、完整全方位采集監(jiān)測對象表面，獲得結(jié)構(gòu)表面點(diǎn)云，可用于地鐵隧道斷面收斂變形監(jiān)測、管片的裂縫和滲水等。

基于測量機(jī)器人的3D變形監(jiān)測技術(shù)

融合了測繪學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、通信、信號(hào)處理等專業(yè)技術(shù)，自主研發(fā)的軟件系統(tǒng)+全站儀，解決自動(dòng)、高效、高精度地監(jiān)測目標(biāo)物在空間3維度變形的問題。

基于北斗的高精度變形監(jiān)測技術(shù)

基于我國自主的北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，解決了大區(qū)域范圍內(nèi)自動(dòng)、高效、連續(xù)監(jiān)測目標(biāo)物3維度變形的問題。

基于圖像技術(shù)的非接觸高精度變形監(jiān)測技術(shù)

該系統(tǒng)自主開發(fā)，有工業(yè)相機(jī)、計(jì)算機(jī)及配套專業(yè)軟件組成。通過相機(jī)連續(xù)采集的圖像，運(yùn)用相關(guān)數(shù)字圖像處理算法解析得到被測目標(biāo)點(diǎn)位的變形數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)變形測量方式監(jiān)測點(diǎn)之間測量數(shù)據(jù)不同步、測點(diǎn)工裝安裝工作量大等問題。

大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)過程中溫度場實(shí)時(shí)無線監(jiān)測系統(tǒng)

• 溫度監(jiān)測精度±