案例研究:
——結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（結(jié)構(gòu)臺(tái)陣）
——國家級(jí)大理經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)
——云南省大理市
背景:
大理白族自治州，首府駐大理市，是云南的16個(gè)地級(jí)行政區(qū)之一，地處云南省中部偏西，海拔2090米，東鄰楚雄州，南靠普洱市、臨滄市，西與保山市、怒江州相連，北接麗江市。地跨東經(jīng)98°52′～101°03′，北緯24°41′～26°42′之間，東巡洱海，西及點(diǎn)蒼山脈，轄大理市和祥云、彌渡、賓川、永平、云龍、洱源、鶴慶、劍川8個(gè)縣以及漾濞、巍山、南澗3個(gè)少數(shù)民族自治縣，是西南邊疆開發(fā)較早的地區(qū)之一。
地處低緯高原，四季溫差不大，干濕季分明，以低緯高原季風(fēng)氣候?yàn)橹?，境?nèi)以蝴蝶泉、蒼山、洱海、大理古城、崇圣寺三塔等景點(diǎn)最有代表性。
挑戰(zhàn):
大理境內(nèi)主要有蒼山山前斷裂和鳳儀-定西嶺斷裂，蒼山山前斷裂位于蒼山東麓，大理盆地西緣，地質(zhì)上為蒼山隆起與大理盆地的分界，西部是蒼山山脈；鳳儀－定西嶺斷裂同樣屬于紅河斷裂帶的斷裂構(gòu)造，該斷裂北段成為鳳儀盆地與山區(qū)的分界。在這兩條全新世活動(dòng)斷裂的斜列部位曾于1925年發(fā)生大理7級(jí)地震。
大理經(jīng)開區(qū)管委會(huì)大樓于2016年施工，2018年投入使用，地上26層，地下1層。該大樓距1925年大理7.0級(jí)地震震中約10km。
解決方案:
大樓高26層，以及地下停車場(chǎng)1層，總計(jì)27層。選擇在-1層（停車場(chǎng)）、3層、6層、9層、12層、15層、18層、21層、24層、26層作為加速度計(jì)布設(shè)樓層，除了底層和頂層，均以3層作為一個(gè)步進(jìn)。每層放置兩套加速度計(jì)，分別安裝于大樓內(nèi)部東側(cè)的弱電井和西側(cè)的強(qiáng)電井內(nèi)。
整套系統(tǒng)選用了GeoSIG公司專門為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）開發(fā)的軟硬件系統(tǒng)，分別是GeoSMART實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件，以及GMSplusD數(shù)字傳感器系統(tǒng)。
每套GMSplusD可以使用低成本的Cat5E網(wǎng)線連接4套AC-7xD/AC-4xD數(shù)字化傳感器（此項(xiàng)目選用了AC-4xD），以及再內(nèi)置/外接1套傳統(tǒng)的AC-7x/AC-4x模擬傳感器，從而使得監(jiān)測(cè)通道的數(shù)量最多擴(kuò)展到15個(gè)。
4套內(nèi)置AC-43的數(shù)據(jù)采集儀GMSplusD-43分別安裝于-1層和15層，頂部26層也選用了三分量（X, Y, Z）的AC-43D，其余各層均選用兩分量（X, Y）的AC-42D。加速度計(jì)的X軸全部指向該建筑的長(zhǎng)軸方向（西偏北）。
所有數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流和系統(tǒng)狀態(tài)、日志等數(shù)據(jù)通過交換機(jī)匯總到-1層的機(jī)房?jī)?nèi)，由一臺(tái)高性能工作站統(tǒng)一處理。
GMSplusD數(shù)據(jù)采集儀有NTP授時(shí)功能，將1套GMSplusD-43設(shè)置為NTP授時(shí)服務(wù)器，其他數(shù)據(jù)采集儀的時(shí)間均與其同步，NTP授時(shí)精度<±4ms。
圖1 結(jié)構(gòu)臺(tái)陣部署建筑——國家級(jí)大理經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管理委員會(huì)
圖2 結(jié)構(gòu)臺(tái)陣布線圖
圖3 頂層（26層）樓內(nèi)構(gòu)造
圖4 地下車庫（-1層）樓內(nèi)構(gòu)造（開門處為弱電井）
圖5-8 在-1層和15層安裝的4套數(shù)據(jù)采集儀GMSplusD-43（內(nèi)置AC-43）
圖9-11 其他樓層安裝的部分AC-4xD數(shù)字化傳感器
圖12-13 在-1層機(jī)房?jī)?nèi)數(shù)據(jù)匯總，調(diào)試軟件
系統(tǒng)選用GeoDAS軟件接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，以及系統(tǒng)狀態(tài)、日志等其他信息，并通過設(shè)置，將實(shí)時(shí)的加速度數(shù)據(jù)通過雙重積分轉(zhuǎn)化為位移數(shù)據(jù)，經(jīng)濾波后導(dǎo)入到GeoSMART實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件中。
GeoSMART實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件可以實(shí)現(xiàn)以下功能：
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顯示傳入數(shù)據(jù)流，含用戶可配置顏色選項(xiàng)和實(shí)時(shí)閾值超出評(píng)估
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顯示傳入數(shù)據(jù)流的頻率組成
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顯示由直線和曲面組成的結(jié)構(gòu)3D動(dòng)畫模型，具有近實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)
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在動(dòng)畫模型上縮放、平移、3D旋轉(zhuǎn)、2D平面視圖、顯示變形/未變形的形狀，顯示/隱藏功能
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指定傳感器的3D顯示、指向和超出狀態(tài)
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對(duì)于規(guī)則建筑，計(jì)算任意安裝有儀器的樓層在X – Y平面上的剛體平移和旋轉(zhuǎn)
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對(duì)于規(guī)則建筑，計(jì)算和顯示指定樓層對(duì)的形心之間的層間位移
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新的扇形層間位移顯示，以及傳統(tǒng)的線性顯示
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創(chuàng)建可視化報(bào)警，以防傳入和/或計(jì)算數(shù)據(jù)超出定義的閾值，含“復(fù)位”功能
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四種超出等級(jí)顏色報(bào)警（藍(lán)色、黃色、橙色和紅色）
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在計(jì)算機(jī)的串口或UDP端口生成和發(fā)送報(bào)警文本（可根據(jù)要求提供兼容的硬件繼電器）
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將輸入和/或計(jì)算數(shù)據(jù)連續(xù)地保存到ASCII文本文件中
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基于用戶可配置的文本文件完成系統(tǒng)設(shè)置
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可在不同屏幕上顯示傳入數(shù)據(jù)流、層間評(píng)估和3D運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立窗口
圖14 GeoDAS軟件監(jiān)測(cè)各通道的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流
圖15 GeoSMART實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件運(yùn)行界面（最終成果）
