工程全生命周期的健康監(jiān)測是一個(gè)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(duì)全過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,及時(shí)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(tái),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(gè)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(shí),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(duì)環(huán)境的預(yù)測,如氣象、水文、地質(zhì)災(zāi)害來預(yù)報(bào),人禍可以通過法規(guī)、設(shè)計(jì)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(duì)施工過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,及時(shí)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(duì)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(duì)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(jì)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,最后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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確有效的分析。

這個(gè)行業(yè)是一個(gè)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(tái)以及系統(tǒng)集成等技術(shù)支持,也需要計(jì)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(duì)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(shí),我們要得出有效的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)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(tái)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(shí)別,及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,在結(jié)構(gòu)可能發(fā)生危險(xiǎn)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(xiàng)平臺(tái)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(chǔ)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(shí)別等各種平臺(tái)。

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(gè)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(gè)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(jì)算模塊,使數(shù)據(jù)得到及時(shí)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(gè)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(jì)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(gè)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(shí)物信息的一致性,是大家面對(duì)的共同挑戰(zhàn)。我們基于華為區(qū)塊鏈平臺(tái),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(jì)、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(shí)得到建筑物的信息,如果某個(gè)建筑物有壞點(diǎn),我們希望及時(shí)更換,以避免事故的發(fā)生。所以,我們需要對(duì)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(shí)間的變化而變化的。

基于實(shí)測的環(huán)境荷載,如風(fēng)、溫度等,結(jié)合結(jié)構(gòu)真實(shí)的響應(yīng)情況,進(jìn)行剛度矩陣的修正。這個(gè)過程可以以系統(tǒng)的總體矩陣為修正的對(duì)象,也可以以設(shè)計(jì)參數(shù),如密度、彈性模量、約束條件等作為對(duì)象,得到建筑物當(dāng)前承載能力的真實(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)預(yù)測準(zhǔn)確度接近90%。

場景四:施工規(guī)范自動(dòng)監(jiān)測

場景四是施工規(guī)范自動(dòng)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(gè)行業(yè)會(huì)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(huì)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(duì)現(xiàn)場的照片要人來識(shí)別,效率非常低,我們基于華為云ModelArts的深度學(xué)習(xí)圖象識(shí)別模塊,可以對(duì)灌漿孔的圖片進(jìn)行有效的識(shí)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(shí)別,有效識(shí)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(shí)使施工的差錯(cuò)率降低30%。

場景五:結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別

場景五是結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別。以一個(gè)體育場館的建筑為例,隨著時(shí)間的發(fā)展,它會(huì)受到疲勞、腐蝕以及老化的影響,這個(gè)建筑不可避免地會(huì)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?yàn)閭鞲衅鞑荚O(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(shí)的建筑物性能情況,這要求我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行力學(xué)反演和損傷識(shí)別。

以前的應(yīng)用大部分都是針對(duì)幾根桿件或者幾塊板識(shí)別,通過華為云ModelArts,我們現(xiàn)在可以識(shí)別相對(duì)復(fù)雜的損傷?；谌A為云的EI平臺(tái),我們可以使力學(xué)仿真效率提升100倍,真正實(shí)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(gè)過程的識(shí)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(tái),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(tái),促進(jìn)整個(gè)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。

文章來源華為《營贏》雜志,文/云廬科技CEO王長欣

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