工程全生命周期的健康监测是一个跨学科、多领域融合的行业，北京云庐科技有限公司致力于通过对全过程的监测数据分析，及时发现工程中可能出现的问题，避免或减少工程质量和安全事故的发生。本文揭示了云庐科技如何携手华为云，打造全球领先的结构健康监测物联网大数据平台，用新的技术守护工程安全。
工程安全事关重大
众所周知，安全事故事关重大，无论是智慧城市还是智慧交通，都离不开工程安全的保障，而工程事故有可能是发生在运维的阶段，也有可能是发生在施工期。目前，世界上多个国家把基础设施的灾变机理、预测方法等，纳入到未来的重要规划中。同时，基础设施灾害的发生，往往既有自然因素的影响，也有人为因素的影响。天灾可以通过对环境的预测，如气象、水文、地质灾害来预报，人祸可以通过法规、设计和在线监测系统来避免。
云庐科技希望打造贯穿于工程全生命周期的健康监测系统，通过对施工过程的监测数据分析，及时发现工程中可能出现的问题，避免或减少工程质量和安全事故的发生。通过对运维阶段的监测数据分析，可以有效掌控运维期间结构的使用情况和发展趋势，为养护决策部门提供数据的决策支撑。而对施工期的监测和运维期检测数据的分析，又可以为设计阶段提供很好的借鉴作用。
顾名思义，结构健康监测和医学上的健康监测有点接近，都是通过采集数据进行分析，最后给出诊断和治疗的结论。结构健康监测已经发展了20多年，目前大部分应用还处于利用传统的传感器，收集、采集数据的水平，无法对数据进行正确有效的分析。
这个行业是一个跨学科、多领域融合的行业。首先，我们需要有传感器、网络、云平台以及系统集成等技术支持，也需要计算力学，以及建筑、桥梁、水利等专业技术的支撑配合。另外，我们还需要对数据建模，进行大数据分析，以及基于人工智能的数据挖掘。同时，我们要得出有效的结构损伤识别情况、结构刚度矩阵修正与重分析，还要进行结构的寿命预测等。
云庐安全监测平台守护安全
云庐科技结合华为云AI开发的系统，可以通过分析和识别，及时发现安全隐患，在结构可能发生危险的萌芽状态提前预警，为施工和运维部门提供数据与信息的支撑。我们大概采用了华为云50余项平台开发模块，所有的服务都是基于华为云服务运行。我们使用了包括数据存储服务在内的中间件，以及ModelArts的机器学习、深度学习、图象识别等各种平台。
具体来讲，云庐科技基于华为云AI开发了五大应用场景。
场景一：数据采集
场景一是数据采集，例如可以采用一个光纤传感器，将数据传输到采集设备，再接到现场主机，传到云上，整个部署非常麻烦而且成本高昂。随着万物互联趋势的不断加深，我们采用华为的IoT模块可以使其接入更加便捷。我们还采用华为的边缘计算模块，使数据得到及时处理。而且，我们通过华为的边缘端还可以接入多种传感器的数据，一机多用。
随着边、端和云的协同，整个设备的成本下降70%以上，系统响应速度提高了2倍。我们通过华为的边缘计算模块，可以使无效的数据量传输减少三分之二，使有效的数据量传输提高50%以上。
场景二：确保数据的一致性
场景二是确保数据的一致性。数据采集的整个过程中，参与的部门众多，人员复杂，工程生命周期长，而且面临频繁的各种变更，怎么保证数据信息和实物信息的一致性，是大家面对的共同挑战。我们基于华为区块链平台，将图纸、合同等通过区块链统一分发，使从业主、规划、设计、施工到运维等各环节的数据和内容保持统一。
场景三：结构健康预测
场景三是结构健康预测，这其中，我们最想利用的是及时得到建筑物的信息，如果某个建筑物有坏点，我们希望及时更换，以避免事故的发生。所以，我们需要对建筑物的寿命和健康状况进行有效预测，正如人不能两次踏入同一条河流，建筑物的承载力也是随着时间的变化而变化的。
基于实测的环境荷载，如风、温度等，结合结构真实的响应情况，进行刚度矩阵的修正。这个过程可以以系统的总体矩阵为修正的对象，也可以以设计参数，如密度、弹性模量、约束条件等作为对象，得到建筑物当前承载能力的真实状态。我们再通过能预测得到的，如风速、风压、温度等因素，就可以对建筑物的结构响应进行真正意义上的预测。我们在华为云机器学习工程师的帮助下，可实现预测准确度接近90%。
场景四：施工规范自动监测
场景四是施工规范自动监测。随着建筑工业化的发展，现在有很多新型建筑形式产生，比如我们称为住宅产业化的结构。它是一种装配式的，不在现场进行浇筑，把构件运到现场进行现场拼装。住宅产业化是现在比较成熟的产业，已经在很多发达国家进行了应用。我国已明确提出到2020年，装配建筑占新建建筑的比例要达到20%以上，2025年要达到50%以上。这个行业会有突飞猛进的发展，蕴藏着巨大的市场商机，也肯定会有一些急需解决的技术难题。
比如，怎么保证上下楼板在贯通的过程中得到强度的保证，这就要求所有的灌浆孔都要灌满，以前对现场的照片要人来识别，效率非常低，我们基于华为云ModelArts的深度学习图象识别模块，可以对灌浆孔的图片进行有效的识别，判断出哪些是灌满的、哪些是未灌满的、哪些是穿线管道。通常，上传一百张现场图片就可以进行有效的识别，有效识别率接近80%，这种工作可以使检查部门的效率提升50%以上，同时使施工的差错率降低30%。
场景五：结构损伤识别
场景五是结构损伤识别。以一个体育场馆的建筑为例，随着时间的发展，它会受到疲劳、腐蚀以及老化的影响，这个建筑不可避免地会产生一些损伤点。我们怎么找到这些损伤的部位，并且定义出损伤的情况，是比较重要的任务。另外，在建筑物上布设传感器，只是布设了一部分。这是因为传感器布设不能影响结构物原有的结构性能，而且出于经济的考虑不可能布设得特别多。所以，我们需要布置尽可能少的传感器，又要尽可能得到真实的建筑物性能情况，这要求我们对数据进行力学反演和损伤识别。
以前的应用大部分都是针对几根杆件或者几块板识别，通过华为云ModelArts，我们现在可以识别相对复杂的损伤。基于华为云的AI平台，我们可以使力学仿真效率提升100倍，真正实现从数据到本质、从局部到整体、从监测到预测的整个过程的识别。
在未来，我们希望拓展低能耗、低成本的物联网应用，以提升运维管理的效率和降低成本；我们希望开发合理的结构健康监测平台，将安全隐患消灭于初期，为智慧城市和智慧交通的发展添砖加瓦；我们希望打造工程健康监测领域的大数据平台，促进整个产业链的共同发展。概括而言，云庐科技希望携手华为云EI共同守护美好安全的生活。
*文章转载自华为《营赢》杂志
