3,000只眼睛用于人工智能。 拉赫塔中心的结构监控系统是什么?

从下方,从脚部向上观察时,您会对Lakhta中心摩天大楼印象最深刻,似乎它正在朝着天堂无限延伸。 就在那时,并非从遥远的城市角度来看,它的高度和力量令人叹为观止。 在第十个转折点出现了想法-最好准确地知道他们明智而诚实地建造了什么。 有了监控,这是一件好事。 国内程序员的发展,尤其对于复杂的人。 不可思议的是,要尽一切可能避免不良的未来开发选择。 在猫之下-有关其工作原理的所有信息。




任何建筑物都受到许多外力的影响。 温度和湿度,风压,积雪压力,土壤异质性及其随时间变化的差异。 在尺寸,重量和设计复杂性高的摩天大楼上,这种影响会增加很多倍。
即使是小型小屋,更不用说摩天大楼了,变形的发生,结构应力增大的区域也是危险的,在摩天大楼中,设计中未被注意的变化的后果变得尤为重要。

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因此,在所有现代高层建筑中,都使用了变形监测系统,其中涉及整个控制工具的使用。

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当然,不包含此工具包中的放大镜,但包含许多传感器。 在拉赫塔中心大约有三千人,它们位于综合大楼所有设施的所有关键结构要素中。

最大的一组是位于变形防护前端的应变仪。 这些是最可靠和耐用的传感器,因此是用于测量应变和应力的通用传感器之一。 事情是设计的简单性。

实际上,应变仪只是一根高强度的钢丝-一根在两个端块之间的空心金属管内伸展的绳子。 当结构变形时,端部花纹块之间的距离会随之变化,同时弦线的拉力也会随之变化,因此振荡频率也会变化。 状态变化转换为数字信号,然后通过多路复用器和数据记录器(数据记录器)将其传输到监视系统。

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应变仪被焊接到金属梁上,被浇铸到混凝土中,并且缺乏维修的可能性可以通过大量储备来弥补。 它甚至安装在桩场下方的矿井中,大地标记为负100 m。


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来自2500个应变仪Lakhta Center的每一个的信号都传输到监视系统,即使单个应变仪的故障-尽管没有什么特别的地方-都不会特别影响结构状态的整体图像的准确性。


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每小时收集一次来自应变仪的信息,并每六小时一次将其传输到服务器。 对于自然过程中的这种缓慢变形(变形),这绰绰有余。 建筑物振动的一个完全不同的问题是快速,连续的过程,并且还可以通过更改振动特性来检测结构的变化。 为此,在Lakhta中心塔的每几个楼层都组织了配备加速度计的检查点-振动计。

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该设备是一个简单的加速度计。 负载固定在弹簧上。 阻尼器可抑制负载振动。 表观加速度越大,弹簧变形越强,从而改变了乐器

根据这些测量结果,可以构建建筑物结构元素的振幅-频率特性,并且偏离频率或振幅的标准即表示出了问题。

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另一类型的传感器-倾角仪-测量安装传感器的结构元件的倾斜角度。

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Lakhta中心塔的尖塔中安装了现代化的测量系统。 使用GNSS站,可以在二维坐标系中跟踪尖塔的位置:大致来说,卫星会根据风的强度和方向来拍摄塔用尖塔绘制的图像。


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反过来,气象站将评估结构状态对湿度,温度,速度和风向读数的依赖性。


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安装在拱门上的全站仪使用激光在参考点上测量倾斜角度和距离,该参考点在任何方向上的位移都可以指示结构位置的变化,例如由于降水。

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但是,用于监控工程结构的Lakhta Center自动化系统的主要功能并不在于传感器的种类和数量。 任何现代高层建筑都挤满了传感器,而在哈利法塔(Burj Khalifa)也不少。 但是,来自圣彼得堡超收费站的仪表的信息分析系统确实是独一无二的。 它基于对Lakhta中心建筑物真实状态的持续比较,并根据传感器读数与预测的变形值进行比较。

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结构的应力-应变状态的计算是基于经过认证的软件包进行的,该软件包基于PI Georekonstruktsiya LLC的有限元方法FEM模型对结构进行建模。

由于建筑物的地下部分和地上部分相互配合,因此建筑物的计算模型与基础和基础(土壤质量)一起创建。 为了创建建筑物的计算模型,系统的有限元具有具有精确指定的当前机械参数的真实材料的属性。

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考虑到建筑物的实际几何形状,可以使用设计3D模型(BIM)构建FEM模型,可以在建造和运营期间对其进行调整。 也就是说,原始的BIM模型在交互式模型中得到了改进,并且构成了构成每个元素的真实材料的特性-混凝土等级,地板厚度,梁截面等。
拉赫塔中心钢筋混凝土结构部门负责人弗拉基米尔·卢金(Vladimir Lukin)监督了拉赫塔中心综合体监控系统项目的创建
-将监视数据与交互式有限元模型进行比较,可以控制模型的参数,即:根据建筑物的建造过程更改结构方案,根据行政文件更改材料和结构的参数,根据结构荷载的真实情况更改荷载的大小。 因此,建筑物的有限元模型会随着外部条件的变化而适应,并给出越来越接近监视传感器记录的实际值的预测。

基于在软件环境中执行的结构分析,检查变形开发的所有可能版本。 因此,找到了传感器读数的紧急边界,方案和变形发展算法,并根据结构监测传感器的读数制定了评估实际技术条件(稳定性,剩余寿命和耐久性)的标准。 评估标准包括建筑物的绝对偏差和相对偏差,并考虑建筑物整体的性能。

Telros公司项目经理Dmitry Babichev
-建筑物的建造材料始终与设计模型中规定的材料不同。 反过来,这会影响实际载荷与计算得出的载荷之间的偏差。 在自动化系统中用于监视Lakhta中心工程结构状态的数学模型是真实对象的模型。 并且基于对传感器读数的分析,可以说这个实际对象比设计模型要坚固得多,因此其安全性远远超过了设计。

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基于三维计算方案的测量设备布局

FEM模型是真正的数字孪生。 例如,与NASA用于模拟太空情况的航天器数字双胞胎相同。 的确,在那里,使用遥测从传感器收集信息也是监视情况,识别问题的唯一方法,并且在对轨道上地面发生的事情进行分析和建模之后,寻找解决问题的可能方法。

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Lakhta Center变形监测系统以高达每秒一千个读数的轮询频率实时监测承重结构的状况,几乎从建筑物建造之初就开始收集统计数据,监测随着负荷增加而变化的情况,并在运行过程中继续如此。 此外,可以对系统进行培训,并因此考虑到传感器的实际读数,自动更改建筑物的模型。

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来自第一批传感器的电线-在一开始就安装

Lakhta中心使用的监视系统与其他摩天大楼中的类似物之间的另一个区别是,不仅存在建筑元素变形的紧急边界,而且还存在警告。 基于相同的数学模型,考虑到建筑物的实际状态,构建了一系列可接受的值,其中与预测指标没有偏差,并且从SNiP的角度来看,警告区域距离紧急状态还很远,但是进入警告区域已经成为采取管理措施的原因决定。

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黄色区域-警告值与预测值的偏差,红色-紧急情况

尽管事实上所有来自传感器的数据都会被自动分析,但人们还是可以做出决定。 调度员在收到警报信号后将这一情况通知值班人员,该人员进行目视检查,并拍摄附在系统中所需位置的照片并准备报告。 该报告由设计工程师进行分析,如果参数变化的原因不重要并且例如与建筑物的自然沉降和预计沉降有关,则决定重新计算FEM模型。 否则,总工程师将收到通知,甚至可以决定撤离。 但是,考虑到拉赫塔中心的安全裕度,这种情况的发展需要在六级地震的水平上采取外部行动。 接近变形发展紧急边界的信号会自动传输到紧急部。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN414549/


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