智能化 | 如何轻松监测大型商业建筑安全隐患

商业建筑体量大、人流密集，

如何对各类隐患实现实时监测，

防患于未然，

是目前智能绿色建筑发展的重要方向

商业建筑成为集服务、展览、休闲、文化于一体的生活空间。商业建筑通常具有多种外部特征，如人口密集、交通和信息网络密集、高密度和集约化、建筑与环境的和谐、复杂的功能等。它还具有空间规模、通道森林、城市景观功能、高科技智能集成等内在特性。

商业建筑往往人流、交通、信息网络密集

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商业建筑智能安全监测与预警的紧迫性

我国商业建筑存量大，在长期使用过程中无法避免各种复杂环境和荷载的长期结合作用，在使用期间会造成建筑安全风险和运营风险。特别是他们处于持续的“拥挤”状态，一旦安全风险变成事故，就会造成重大的经济损失和社会影响。

商业建筑人流密集情况随处可见

目前，在商业建筑运营阶段，通过定期人工检查和现场仪器测量来监控建筑安全，但数据不连续、不完整，安全警报的表现不尽如人意。例如，外部保护系统(如玻璃幕墙墙)(如破裂、脱落)除了环境温度变化、硅明胶老化连接、连接器松动等常见而明确的原因外，还可能是建筑物整体下沉或变形等原因造成的。

幕墙脱落玻璃爆裂

运营结构坍塌

钢结构屋架屋顶坍塌

建筑物安全事故示例

因此，静态检测手段已不能完全满足复杂商业建筑安全控制的需求，必须通过动态监测技术弥补预警不足。商业建筑的整体监控、诊断和报警应作为系统工程。核心任务是实时获取运营环境中商业建筑主体结构变形、周边保护系统响应、机电设备运行状态等实时信息。综合诊断和评价商业建筑外部和内部运营安全状况。为这种结构的安全、效率和经济运行提供技术支持。

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商业建筑智能安全监测与预警的实现

商业建筑的特点是体量大、结构复杂、机械设备种类多样。随着建筑物寿命的增加，安全性、完整性和适用性将丧失。利用先进的传感监测技术，建立商业建筑安全监测报警系统，实时准确地诊断建筑长期性能变化过程，有效地评估建筑各部分的状态，保证建筑的长寿和健康。

根据欧美国家几十年来积累的大型建筑运输经验，使用建筑健康监测技术可以最大限度地降低运输成本，大大提高建筑整个寿命期间的运输效率。将常规检查手段(如定期人工巡逻)与智能楼宇监控技术相结合，可以有效地消除传统商业运营和维护安全手段的诸多不足，确保海量安全运营数据。为大厦运营、信息化、数字化打下坚实的基础。

2.1 功能

监测商业建筑主体结构的安全运营状况

对商业建筑进行大型采光顶、大跨度悬挑、地下出入口坡道等复杂、易发生运营风险的结构区域、高性能分布式布里渊光纤传感技术、主体结构监测传感网络的建立、传感网络内主体结构空间连续变形和应力实时监测、主体结构的运行安全监测。

主体结构运营安全监测示意图

监测商业建筑外维护系统的安全运营状况

商业建筑中的玻璃幕墙、主要出入口上方的石材等，以易产生坠落、破损、裂缝、变形等操作风险的结构区域为对象，建立周边防护系统监控传感器网络，实时监控传感网络内相邻的两个玻璃幕墙/石材之间的空间变形，实现外部防护系统的运行安全监控。

监测商业建筑机电设备的安全运营状况

针对商业综合体建筑结构中容易产生跌落、漏风、漏水、腐蚀等操作风险的重型供热和消防人员结构，建立重型管道结构监测传感器网络，实时监测传感网络内管道及支架的空间连续变形、泄漏引起的管道部分振动异常、泄漏引起的管道部分温度异常等情况，进行机械设备的运行安全监测。

机电设备运营安全监测示意图

实现对商业建筑潜在运营风险的快速预警

利用实时监控的建筑物运行状态诊断技术，处理和分析建筑物监控的大数据收集，估计建筑物是否会造成结构损伤和累积损伤，确定准确的位置，评估被监控建筑物是否存在潜在的运行风险，及时有效地警示潜在风险。

2.2 技术

为了实现这些功能，需要开发广泛的远距离长期结构安全运行监控技术，需要高效的算法来加快警报速度。近年来，广泛应用于建筑物监控，成熟和首选的监控技术是光纤监控技术。光纤传感器具有灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘好、抗爆性好、电磁干扰好、无光路干扰、容易与计算机连接、遥测方便等优点。结构简单、体积小、重量轻、频率带宽，可用于温度、变形、压力等参数的分散测量。以前应用于航空航天、桥梁、隧道、大坝、风力发电、输电塔等领域。

分布式布里渊光纤传感技术是目前光纤传感技术的主导，以光纤通信的一般单模光纤为传感介质。光纤本身是传感器，所以可以在空间进行持续监测，监测点很多，达到几百万个。同时，监测距离可以达到100公里。因此，特别适合监视商业建筑物等大型复杂建筑物的安全运行。

两种传感技术的原理对比

传统点式传感监测技术示意图

分布式布里渊光纤传感监测技术示意图

2.3 成本与效益

商业建筑大部分体积很大。利用传统的人工和仪器检查方法，每5年进行一次周期计算(机械设备检查周期更短)，最基本的主体结构、外部维护系统和机械设备的费用根据规模、检查内容、复杂性从几十万到几百万不等，第三方检查机构的费用翻了一番。事故发生时，往往不能准确定位，更需要大量的人工工作时进行调查。定期检查很难实时报警。

以时间为参数的建筑物整体空间、全寿命监测系统(例如以分布式布里渊光纤传感技术为代表的新监测系统)在第一年的投入可能稍高，但从10年或20年的时间来看，每个商业建筑物单体的每日监测费用只有几百元。如果所有商业建筑实现联网，成本也会进一步降低。因为警报功能强，所以预防费用比事故发生后的治疗费用低得多。此外，监控数据可以实时使用，因此相关数据可以在新项目中参考。对建筑安全新技术的关注和投入也会提高企业品牌形象和社会影响力。

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前景与展望

通过在整个建筑物全面部署传感器，全天候、整个生命周期的实时监控，使建筑物本体充满“神经元”，初步赋予建筑物生物识别标志，创新性地实现建筑物的全面安全监控和报警。准确获取建筑物各部分的安全监测数据，提前加强安全危险部位，修复受损部位，优化新建建筑物该部分的设计和工艺功法。逐步将数据赋给各个项目BIM模型，构建在GIS系统上，建立建筑规律鲜明的数据回归模型，逐步实现人工智能控制，与现有安全系统、环境控制系统相结合，构建真正的“可感知智能安全绿色建筑”。

光纤监测技术可助力打造可感知的智能安全绿色建筑