健康監測是基于物聯網的現場試驗技術，是土木工程學科與材料、機械、通信、計算機、數學等多學科深度融合的集成應用技術，近年來得益于智能傳感、移動通信、云存儲、大數據分析、損傷識別等技術的發展進步，逐漸突顯出其在結構健康狀況感知、診斷和預警等方面的優勢，是土木工程領域的研究和應用熱點。
上海建科院房屋質量檢測站近年來開展了大量的健康監測相關技術研究和工程實踐，打造了結構安全監測預警通用示范平臺，取得了多項技術成果。其相關成果在建筑結構、橋梁道路、隧道等工程領域的健康監測實踐中得以成功應用，具備結構自動化監測和預警平臺的集成能力。
上海浦東足球場工程概況
↑ 上海浦東足球場效果圖
上海浦東足球場位于上海市浦東新區錦繡東路2100號，由上海久事集團負責開發建設。總建筑面積139304平方米，觀眾席位約為3.5萬個，是集競賽、訓練、健身、休閑娛樂為一體的大型體育綜合體，包括主足球場、看臺、訓練場、地下車庫和輔助用房等。建成后將作為上海上港足球俱樂部的新主場，并承辦國內外重要賽事。
↑ 上海浦東足球場屋蓋三維模型圖
↑ 采用無人機傾斜攝影測量技術建立的上海浦東足球場三維實景模型
上海浦東足球場的屋蓋告別了傳統沉重的桁架體系，采用輕盈的懸索展現結構的輕巧和工藝質感，使整個立面更加整潔，內場空間更加豐富。這是國內首創的輪輻式張弦結構體系，跨度達到211m，整個屋蓋由46榀徑向梁承托，建筑形象完整且兼具結構美感。該體系在外圈梁和透光屋面邊梁之間設置一道橢圓形的中置壓環，同時在徑向桁架的下弦設置徑向索以及與壓環幾何相似的下拉環，是一種基于輪輻原理發展而來的適應矩形輪廓和開口的變形體。
健康監測意義
上海浦東足球場的屋蓋是一個量身定做的創新結構體系，結構設計在多方面突破了現行規范，具有跨度大、創新多、技術含量高、受力和施工復雜、關鍵構件眾多等特點，常規項目的建設經驗無法指導其設計和施工。
雖然理論分析可以由于采用了大量的計算假定，且存在無法精確考慮構件的尺寸偏差、材料特性的偏差、施工誤差、節點的剛度等因素的局限，理論分析也無法全面反映屋蓋真實的受力性能。
同時，上海浦東足球場建成后將承擔國內外多重賽事，社會影響大，重要性強。因此，在足球場的施工和運維期間，采用健康監測手段對其結構狀態進行在線、連續、實時的監測具有重要意義。
監測內容
上海浦東足球場的具體監測內容有：
應變監測
采用振弦式和光纖光柵式應變計，對徑向梁、V字撐、內置壓環梁、搖擺柱、屈曲約束支撐等重要鋼結構構件的應變進行監測。應變傳感器均采用焊接的方式進行安裝，并采用自動化數據采集儀進行應變數據的采集。
采用溫度傳感器對鋼屋蓋的溫度場進行監測，一方面用于修正應變監測值，另一方面用于考慮高次超靜定鋼結構的溫度效應。
同時采用應變計和磁通量傳感器對徑向索和環向索的索力進行監測。其中磁通量傳感器與磁彈儀和采集儀配合使用實現索力的全自動監測，傳感器安裝可采用工廠預裝或現場繞制的方式。
采用加速度傳感器對鋼屋蓋典型部位的振動進行監測，從而了解鋼屋蓋的振型模態等動力特性和臺風作用下的動力響應。
采用風速儀和風向儀對鋼屋蓋的風場特性進行監測。
采用傾角計對搖擺柱的傾斜進行監測，采用三維激光掃描儀、全站儀、水準儀相結合的方式等對主要的內環梁節點、外環梁節點、搖擺柱節點、索夾節點等部位的位形進行監測。
施工期間的重要監測時間節點為索體張拉階段、看臺大懸挑桁架的安裝階段、看臺清水混凝土的安裝階段、屋蓋搖擺柱的安裝階段、屋蓋上層剛性結構安裝階段、屋面圍護結構安裝階段、遇臺風等極端天氣時等。
使用期間的重要監測時間節點為極端天氣時和重要賽事期間。
基于物聯網的監測系統
健康監測系統由4部分組成：傳感器系統、數據采集與傳輸系統、數據存儲與分析系統、數據發布及預警系統。
↑ 健康監測系統架構
傳感器系統
傳感器系統包括了所有感知荷載、環境信息、結構反應和材料特性的傳感器元件，是結構健康監測系統最前端的部分。
數據采集與傳輸系統
數據采集與傳輸系統包括了對傳感器系統獲得的信息進行采集和數據傳輸的網絡系統，是結構健康監測系統中進行監測數據傳輸的部分。數據采集與傳輸系統由數據采集單元和數據傳輸網絡構成。
數據存儲與分析系統
數據存儲與分析系統是直接對監測數據進行存儲和分析，并對結構的健康狀況進行診斷和評估的部分。數據存儲與分析系統由數據庫、服務器、云平臺、數據處理及分析軟件等構成。
數據發布與預警系統
數據發布與預警系統是將監測數據和評估結果在客戶端進行可視化動態展示，必要時發布預警信息的部分。客戶端包括網站、BIM平臺、監控中心和手機移動端等。其中，BIM平臺以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息，是貫串項目全生命周期的可視化共享數據平臺，在解決了監測系統與BIM之間的數據交互問題后，可作為健康監測系統的理想化三維展示和預警平臺。
其它典型健康監測案例
工程特點：采用微凸支點智能控制頂升模架進行核心筒的施工，采用兩臺外掛內爬式塔吊和一臺塔吊負責物料的水平及垂直運輸。
監測內容：爬升體系等關鍵施工工藝的安全監測、結構關鍵部位的應力應變監測。成功實現超高層建筑在無運營商網絡信號時的無線數據傳輸、監測數據的遠程訪問及實時預警。
工程特點：結構高度452米，建成后將成為中國西南地區第一高樓。
主要監測內容：應變、振動模態和舒適度、沉降、傾斜、位移、風速、風向、風壓、地震作用等。
工程特點：該樓存在多處懸挑空腹桁架轉換和搭接柱轉換。
主要監測內容：懸臂空腹桁架的應力應變、變形及振動。
工程特點：結構懸挑超過18米，懸挑部位設置6根拉索控制結構變形及提高結構承載力。
主要監測內容：索體及相關節點的受力、懸挑部位的應力應變、懸挑部位的變形、裂縫發展情況。
工程特點：全國重點文物保護單位，在結構長期使用過程中出現較大的不均勻沉降和整體傾斜、結構損傷、木構件腐蝕、白蟻等問題，緊臨地鐵十號線和十一號線，存在振動問題。
主要監測內容：傾斜、不均勻沉降變形、振動、白蟻。
工程特點：水庫建造年代較早，受基坑施工影響，抵抗施工影響的自身客觀條件較差，重要性較高，距離基坑位置較近，受施工影響的風險較高。
主要監測內容：傾斜、不均勻沉降和變形縫寬度
主要監測內容：總裝車間、部裝車間、復材車間等廠房傾斜變形、沉降變形，風速、風向、風壓、溫度等。
主要監測內容：岔道井內的風速和風壓。
