工程全生命周期的健康監(jiān)測是一個跨學科、多領域融合的行業(yè),北京云廬科技有限公司致力于通過對全過程的監(jiān)測數據分析,及時發(fā)現(xiàn)工程中可能出現(xiàn)的問題,避免或減少工程質量和安全事故的發(fā)生。本文揭示了云廬科技如何攜手華為云,打造全球領先的結構健康監(jiān)測物聯(lián)網大數據平臺,用新的技術守護工程安全。

工程安全事關重大

眾所周知,安全事故事關重大,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)生在運維的階段,也有可能是發(fā)生在施工期。目前,世界上多個國家把基礎設施的災變機理、預測方法等,納入到未來的重要規(guī)劃中。同時,基礎設施災害的發(fā)生,往往既有自然因素的影響,也有人為因素的影響。天災可以通過對環(huán)境的預測,如氣象、水文、地質災害來預報,人禍可以通過法規(guī)、設計和在線監(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),通過對施工過程的監(jiān)測數據分析,及時發(fā)現(xiàn)工程中可能出現(xiàn)的問題,避免或減少工程質量和安全事故的發(fā)生。通過對運維階段的監(jiān)測數據分析,可以有效掌控運維期間結構的使用情況和發(fā)展趨勢,為養(yǎng)護決策部門提供數據的決策支撐。而對施工期的監(jiān)測和運維期檢測數據的分析,又可以為設計階段提供很好的借鑒作用。

顧名思義,結構健康監(jiān)測和醫(yī)學上的健康監(jiān)測有點接近,都是通過采集數據進行分析,最后給出診斷和治療的結論。結構健康監(jiān)測已經發(fā)展了20多年,目前大部分應用還處于利用傳統(tǒng)的傳感器,收集、采集數據的水平,無法對數據進行正確有效的分析。

這個行業(yè)是一個跨學科、多領域融合的行業(yè)。首先,我們需要有傳感器、網絡、云平臺以及系統(tǒng)集成等技術支持,也需要計算力學,以及建筑、橋梁、水利等專業(yè)技術的支撐配合。另外,我們還需要對數據建模,進行大數據分析,以及基于人工智能的數據挖掘。同時,我們要得出有效的結構損傷識別情況、結構剛度矩陣修正與重分析,還要進行結構的壽命預測等。

云廬安全監(jiān)測平臺守護安全

云廬科技結合華為云EI開發(fā)的系統(tǒng),可以通過分析和識別,及時發(fā)現(xiàn)安全隱患,在結構可能發(fā)生危險的萌芽狀態(tài)提前預警,為施工和運維部門提供數據與信息的支撐。我們大概采用了華為云50余項平臺開發(fā)模塊,所有的服務都是基于華為云服務運行。我們使用了包括數據存儲服務在內的中間件,以及ModelArts的機器學習、深度學習、圖象識別等各種平臺。

具體來講,云廬科技基于華為云EI開發(fā)了五大應用場景。

場景一:數據采集

場景一是數據采集,例如可以采用一個光纖傳感器,將數據傳輸到采集設備,再接到現(xiàn)場主機,傳到云上,整個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算模塊,使數據得到及時處理。而且,我們通過華為的邊緣端還可以接入多種傳感器的數據,一機多用。

隨著邊、端和云的協(xié)同,整個設備的成本下降70%以上,系統(tǒng)響應速度提高了2倍。我們通過華為的邊緣計算模塊,可以使無效的數據量傳輸減少三分之二,使有效的數據量傳輸提高50%以上。

場景二:確保數據的一致性

場景二是確保數據的一致性。數據采集的整個過程中,參與的部門眾多,人員復雜,工程生命周期長,而且面臨頻繁的各種變更,怎么保證數據信息和實物信息的一致性,是大家面對的共同挑戰(zhàn)。我們基于華為區(qū)塊鏈平臺,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、設計、施工到運維等各環(huán)節(jié)的數據和內容保持統(tǒng)一。

場景三:結構健康預測

場景三是結構健康預測,這其中,我們最想利用的是及時得到建筑物的信息,如果某個建筑物有壞點,我們希望及時更換,以避免事故的發(fā)生。所以,我們需要對建筑物的壽命和健康狀況進行有效預測,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間的變化而變化的。

基于實測的環(huán)境荷載,如風、溫度等,結合結構真實的響應情況,進行剛度矩陣的修正。這個過程可以以系統(tǒng)的總體矩陣為修正的對象,也可以以設計參數,如密度、彈性模量、約束條件等作為對象,得到建筑物當前承載能力的真實狀態(tài)。我們再通過能預測得到的,如風速、風壓、溫度等因素,就可以對建筑物的結構響應進行真正意義上的預測。我們在華為云機器學習工程師的幫助下,可實現(xiàn)預測準確度接近90%。

場景四:施工規(guī)范自動監(jiān)測

場景四是施工規(guī)范自動監(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生,比如我們稱為住宅產業(yè)化的結構。它是一種裝配式的,不在現(xiàn)場進行澆筑,把構件運到現(xiàn)場進行現(xiàn)場拼裝。住宅產業(yè)化是現(xiàn)在比較成熟的產業(yè),已經在很多發(fā)達國家進行了應用。我國已明確提出到2020年,裝配建筑占新建建筑的比例要達到20%以上,2025年要達到50%以上。這個行業(yè)會有突飛猛進的發(fā)展,蘊藏著巨大的市場商機,也肯定會有一些急需解決的技術難題。

比如,怎么保證上下樓板在貫通的過程中得到強度的保證,這就要求所有的灌漿孔都要灌滿,以前對現(xiàn)場的照片要人來識別,效率非常低,我們基于華為云ModelArts的深度學習圖象識別模塊,可以對灌漿孔的圖片進行有效的識別,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)場圖片就可以進行有效的識別,有效識別率接近80%,這種工作可以使檢查部門的效率提升50%以上,同時使施工的差錯率降低30%。

場景五:結構損傷識別

場景五是結構損傷識別。以一個體育場館的建筑為例,隨著時間的發(fā)展,它會受到疲勞、腐蝕以及老化的影響,這個建筑不可避免地會產生一些損傷點。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。另外,在建筑物上布設傳感器,只是布設了一部分。這是因為傳感器布設不能影響結構物原有的結構性能,而且出于經濟的考慮不可能布設得特別多。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的建筑物性能情況,這要求我們對數據進行力學反演和損傷識別。

以前的應用大部分都是針對幾根桿件或者幾塊板識別,通過華為云ModelArts,我們現(xiàn)在可以識別相對復雜的損傷。基于華為云的EI平臺,我們可以使力學仿真效率提升100倍,真正實現(xiàn)從數據到本質、從局部到整體、從監(jiān)測到預測的整個過程的識別。

在未來,我們希望拓展低能耗、低成本的物聯(lián)網應用,以提升運維管理的效率和降低成本;我們希望開發(fā)合理的結構健康監(jiān)測平臺,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)測領域的大數據平臺,促進整個產業(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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