基于智能化传感技术的工程结构实时检测监测技术研究

杨振利

身份证：372301197602210313

摘要：现代大型土木工程结构长期处于复杂荷载、温湿度交变、环境侵蚀等耦合作用下，易产生应力累积、微裂缝扩展、变形超限等隐性损伤，传统人工定期抽检、离线检测模式存在数据滞后、覆盖率低、人为误差大、无法动态预警等短板，难以适配工程结构全生命周期安全管控需求。智能化传感技术依托微型感知设备、无线传输网络、边缘计算与大数据分析技术，可实现工程结构应力、应变、位移、振动、沉降等关键参数的全天候、自动化、高精度实时监测，是工程结构安全监测领域的核心革新方向。

关键词：智能化传感技术；工程结构；实时监测；损伤识别；数据优化；安全预警

1 引言

随着我国基建工程高质量发展推进，超高层建筑、大跨度桥梁、深基坑、长距离隧道、大型场馆等复杂工程结构数量持续增长，此类结构体量庞大、受力体系复杂、服役周期长，长期承受自重荷载、车辆活荷载、风荷载、温湿度变化及环境腐蚀的多重作用，结构性能会随服役时间逐步衰减，极易引发局部损伤累积，进而导致沉降、开裂、变形超限等安全隐患，严重威胁工程服役安全与公共安全。传统工程结构检测监测多采用人工定期巡检、便携式设备离线抽检模式，检测周期长、数据离散性大、监测覆盖面有限，仅能反映结构某一时刻的静态状态，无法捕捉结构动态变化与隐性损伤演化规律，且存在人为操作误差大、隐患排查不及时、事后处置被动等问题，难以满足现代化工程结构精细化、动态化、智能化安全管控要求。

2 智能化传感监测核心技术体系

2.1 智能传感感知层

感知层是实时监测体系的核心基础，依托各类微型化、高精度、低功耗智能传感器，实现工程结构关键参数的原位、实时采集。当前工程监测主流智能传感设备包含MEMS微机电传感器、光纤光栅传感器、压电传感器、视觉传感及温湿度一体化传感器等，各类设备适配不同监测指标与工况。MEMS传感器体积小巧、功耗低、性价比高，可集成加速度、倾角、位移感知功能，适用于结构振动、倾斜、微小变形监测；光纤光栅传感器抗干扰、稳定性强、精度极高，不受电磁、潮湿、高温环境影响，多用于桥梁、高层建筑应力应变、温度耦合监测；压电传感器灵敏度高，可捕捉结构微裂缝扩展产生的应力波动信号；视觉传感依托高清成像与深度学习算法，可非接触式识别结构表面裂缝、剥落等表观损伤，弥补接触式传感的监测盲区。各类传感器协同布设，可全面覆盖结构力学变形、环境干扰、表观损伤等多维监测指标。

2.2 无线网络传输层

传输层承担传感数据的实时交互功能，摒弃传统有线传输布线复杂、维护难度大、适配性差的短板，采用LoRa、5G、Wi-Fi等多模无线传输技术，构建低延迟、高稳定、全覆盖的传输网络。LoRa技术功耗低、传输距离远、抗干扰能力强，适配野外、大型结构大范围分布式传感数据传输；5G网络传输速率快、延迟极低，可满足高频次、大容量实时监测数据的同步传输，适配重点结构高频动态监测场景。多模传输模式可根据施工现场工况、监测点位分布自动切换传输方式，有效规避复杂施工环境对数据传输的干扰，保障监测数据实时、完整、无丢失上传。

3 主流智能传感监测技术及应用特性

3.1 MEMS微机电智能传感技术

MEMS微机电传感技术是当前工程监测应用最广泛的低成本智能化监测技术，通过微型化机械结构与微电子芯片集成，实现结构加速度、倾角、微小位移、振动频率等参数的高精度采集。该类传感器体积小、安装便捷、功耗极低、适配性强，可直接粘贴或预埋于混凝土、钢结构工程构件内部与表面，适配建筑主体结构、基坑支护、小型桥梁等各类工程场景。相较于传统监测设备，MEMS传感器可实现分布式、高密度布点，全方位捕捉结构动态变形特征，可精准识别毫米级微小变形与低频振动变化，能够有效预判结构早期隐性损伤。但其在强电磁、高温高湿极端工况下数据稳定性略有下降，需搭配防护结构与数据修正算法提升监测精度。

3.2 光纤光栅传感监测技术

光纤光栅传感技术属于无源智能感知技术，具备抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温、长期稳定性好、精度高的优势，是大型重要工程结构高精度监测的核心技术。其工作原理为通过光纤光栅波长偏移量，精准换算结构应力、应变与温度变化数值，可实现结构内部损伤、应力集中、温度应变耦合变形的长期实时监测。该技术可实现长距离、分布式组网，单条光纤可串联数十个传感节点，适用于大跨度桥梁、超高层建筑、隧道衬砌等重点大型工程结构的长期服役监测。相较于常规传感设备，光纤光栅传感器无电气元件，不存在漏电、老化隐患，使用寿命长，可适配潮湿、腐蚀、强电磁干扰等极端复杂工况，但设备与布设成本相对较高，小规模工程适用性有限。

4 工程实时监测现存技术痛点

4.1 传感布设合理性不足

当前多数工程智能监测存在传感布点随意化问题，未结合结构受力特性、损伤分布规律针对性布设，多采用均匀布点模式，导致结构关键受力节点、易损伤薄弱区域传感覆盖率不足，非关键区域设备冗余，既造成资源浪费，又无法精准捕捉核心部位的损伤变化，容易出现监测盲区，导致结构隐性病害漏判、误判。同时部分工程传感设备安装工艺不规范，预埋、固定方式不合理，导致传感器与构件贴合度不足，采集数据无法真实反映结构实际受力变形状态。

4.2 监测数据噪声干扰严重

工程施工现场与服役环境复杂多变，风荷载、车辆振动、温湿度波动、设备电磁干扰等外界因素，会对传感采集数据造成严重噪声干扰，导致原始数据波动大、离散性强。传统监测体系缺乏精细化数据降噪与修正机制，无法有效区分环境干扰噪声与结构性真实变形数据，易出现虚假数据、异常波动，导致结构状态研判偏差，误触发预警或隐患漏预警，严重影响监测体系的可靠性。

5 智能化实时监测技术体系优化方案

5.1 差异化传感节点布设优化

结合工程结构受力特征与病害分布规律，采用“关键区域加密、常规区域均匀布设、薄弱区域重点覆盖”的差异化布点方案。通过结构建模受力分析，精准定位梁端、柱节点、基坑支护桩、桥梁支座、隧道衬砌拱顶等核心受力与易损伤部位，加密布设高精度传感节点；对结构受力均匀、性能稳定的常规区域，适度简化布点密度，兼顾监测全面性与经济性。同时规范设备安装工艺，预埋式传感器精准定位、与混凝土紧密结合，粘贴式传感器打磨平整构件表面，保障设备与结构协同变形，确保采集数据真实有效，彻底消除监测盲区与布设冗余问题。

5.2 多维度数据降噪与修正优化

构建多层次数据降噪与工况修正体系，提升原始数据精准度。依托边缘计算技术，实时对原始数据进行滤波处理，剔除高频环境噪声、设备漂移异常数据；结合现场温湿度、荷载、风力等环境参数，建立多因素数据修正模型，对温度应变、振动干扰引发的数据偏差进行动态补偿修正，分离环境干扰与结构性真实变形数据。同时设置数据有效性判定规则，对超量程、突变异常、持续漂移的无效数据自动剔除、标记复核，保障参与分析研判的所有数据真实、稳定、精准。

6 结论与展望

本文通过对智能化传感技术在工程结构实时检测监测中的应用研究，系统构建了集智能感知、无线传输、数据融合、动态预警于一体的全流程监测技术体系，明确了各类智能传感设备的技术特性与适用场景，梳理了当前监测工作中布设不合理、数据噪声大、融合度低、预警固化等核心痛点，针对性完成技术体系优化。工程实践证明，优化后的智能监测体系监测精度高、实时性强、工况适配性好，可有效捕捉工程结构早期隐性损伤与动态变形趋势，实现结构风险事前预判、事中管控，彻底弥补传统人工离线检测模式的技术短板，显著提升工程结构安全管控的智能化、精细化水平。

参考文献

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[2] 住房和城乡建设部. GB 50982-2014 建筑结构荷载规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2014.

[3] 张方. 钢筋混凝土结构状态监测技术研究新进展[J]. 重庆大学学报,2026,49(03):78-85.

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