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科技创新

高层建筑强震动监测系统

发布时间：2023年07月19日信息来源：作者：浏览次数：

一、成果简介

本项目自主设计了超高层建筑强震动监测台阵，并结合武汉市超高层建筑强震动监测的特点，开展了基于稀疏台阵的结构健康诊断方法研究，研发了武汉市超高层建筑的强震动监测系统平台，实现了武汉市超高层建筑的健康状况实时评估。

该平台具备数据采集、传输、存储和分析等功能，能够实时获取并处理来自各个监测点的振动监测数据。通过分析这些数据，给出结构的加速度时程，经过仿真得到速度时程和位移时程，采用模态识别方法识别结构的固有频率，通过楼面峰值加速度评估超高层建筑的舒适度，通过结构震前震后的固有频率的变化率、层间位移角判断结构健康状况。同时，平台融合多灾害预警信息，利用地震预警信息作为结构启动震害评估的前提条件，并提出了“地震三报”的处理流程。

这项技术的实时评估功能对于保障超高层建筑的安全至关重要。它能够提供及时的警报和建议，帮助相关部门做出决策并采取必要的措施来保护人民的生命财产安全，目前已经在武汉市超高层建筑强震动监测系统平台应用，发挥重要的减灾作用。

针对超高层建筑强震动监测台网的布设位置进行了研究，制定了湖北省地方标准《重要建设工程强震动监测台阵技术规范（DB42/T 1536-2019）》。本项目研究成果成功应用到了福星惠誉、龙湖、远洋等武汉市24个超高层建筑的强震动监测项目，发挥了重要的防灾减灾作用。

二、技术创新

创新一：开创性的提出了“地震三报”，结合基于振动监测数据的健康诊断方法，丰富监测数据的产出，并应用于武汉市超高层建筑强震动监测系统平台中。

介绍：地震事件发生后，系统可以第一时间给出结构的安全评估报告，给震后建筑贴上“红”、“黄”、“绿”标签。给出结构震后的三报（一报：地震预警信息、二报：结构响应分析报告、三报：综合评估报告）。震后可以记录到宝贵的结构地震响应时程数据，为结构设计和科学研究提供基础数据。震后可以给出结构各个测点的实时位移，知道结构的实时晃动情况。

“一报”充分利用国家地震预警信息，给业主推送地震预警信息的同时推送预测地震对本地建筑的影响情况，让业主提前有心理准备，避免恐慌和不必要的人员伤亡。

“二报”利用本地建设的强震动监测台阵，震后1分钟内，通过实时监测的数据，给出结构的舒适度和结构是否安全的判断。

“三报”利用监测数据计算的层间位移角、结构震前震后固有频率的变化率判断结构的健康状况，震后3分钟内给出结构的健康状况。

图1为高层建筑结构监测系统产出的内容，和服务对象和内容。

图1高层建筑结构监测系统产出的内容和服务对象

产出内容具有以下三个方面。

1、常态脉动数据产出

针对常态监测的结构脉动数据，可以进行结构模态参数的识别，为结构设计和结构模型修正提供依据，为结构的耐久性评估提供依据。此外，脉动数据可以对结构的舒适度评估提供依据。

2、地震事件产出

地震事件发生后，可以第一时间给出结构的安全评估报告，给震后建筑贴上“红”、“黄”、“绿”标签。震后可以记录到宝贵的结构地震响应时程数据，为结构设计和科学研究提供基础数据。震后可以给出结构各个测点的实时位移，知道结构的实时晃动情况。

3、特殊事件产出

针对爆破、强风、“晃动”等事件，可以第一时间给出结构的模态识别结果，给出结构的安全评估报告，科学解释类似“赛格大厦事件”的问题，同时积累宝贵的特殊事件的数据。

服务对象主要有三个方面。

（1）业主。

高层建筑强震动监测系统可以为业主提供结构安全评估结果、建筑物舒适度评估结果、地震下是否需要疏散以及疏散后是否可以立即重新入住的问题。可以有效减少人员的伤亡和降低业主的经济财产损失。

（2）政府部门（应急、地震、建设部门）

地震后，可以作为政府震后应急措施的第一首依据，指定有针对性的应急措施。可以给应急部门贴“红”、“黄”、“绿”标签提供依据。可以为政府解决类似“赛格大厦事件”提供第一手依据，给社会发展以稳定的环境和减小经济的损失。

（3）科研院所、高校和设计单位

宝贵的结构台阵振动监测数据，可以为广大的科研院所、高校和设计单位提供基础数据，用于结构的模态识别、模型修正、结构安全评估研究等。

创新二：制定了湖北省地方标准，规范和引领强震动监测行业的发展。

介绍：团队重视标准的制定，2017年开始牵头起草湖北省地方标准《重要建设工程强震动监测台阵技术规范》，2019年该标准颁布实施，通过标准的引领作用规范行业发展。该标准给出了从台阵建设、数据传输、数据处理、信息发布的基本要求，规范和引领了行业的发展。

标准规范了超高层建筑强震动监测行业的各个环节，为相关企事业单位提供了明确的指导和规范。首先，在台阵建设方面，标准明确了台阵的布设原则、布设要求以及设备配置等，确保台阵的稳定性和可靠性。其次，在数据传输方面，标准要求采用可靠的通信方式和数据传输协议，保证数据的准确性和时效性。在数据处理方面，标准规定了数据处理的流程和方法，确保数据的科学性和可靠性。最后，在信息发布方面，标准给出了信息发布的要求和标准格式，使得监测结果能够被广泛有效地传播和利用。

通过制定湖北省地方标准，《重要建设工程强震动监测台阵技术规范》为行业提供了一套行之有效的指导原则，促进了强震动监测行业的规范化和健康发展。标准的实施不仅提高了强震动监测的可靠性和科学性，还为相关单位提供了参考，推动了地震安全工作的开展和重大工程项目的安全运行。

创新三：搭建了全国最大规模的超高层建筑强震动监测系统平台，服务我国防灾减灾事业。

介绍：随着武汉市超高层建筑强震动监测台网的建设，亟需搭建一个超高层建筑强震动监测系统平台。团队顺应政府和市场需求，在此背景下成功搭建了全国最大规模的超高层建筑强震动监测系统平台。该平台具备以下主要特点和功能：

1、大规模覆盖：我们的平台能够同时监测和管理多个超高层建筑的强震动数据。目前平台接入超高层建筑台站数量达400余台。

2、实时监测：平台实现了对超高层建筑地震响应的实时监测，并能够即时获取并传输地震数据。这使得我们能够快速响应地震事件，及时评估建筑物的受损情况，为防灾减灾工作提供重要支持。

3、数据分析与处理：平台拥有强大的数据分析和处理能力。我们能够对采集到的地震数据进行高效、准确的处理和分析，提取有用信息，并生成结构健康诊断结果。

4、信息发布与共享：平台支持信息的发布和共享。我们能够及时将监测结果进行预警和报警信息的发布，发挥实际的减灾和安民心作用。同时，监测结果和评估报告分享给相关业主、政府部门和单位，以供他们参考和采取相应措施。对于监测数据，我们提供数据共享服务，供相关的建筑设计单位、科研院所和高校使用，促进了建筑设计和抗震分析。

通过搭建全国最大规模的超高层建筑强震动监测系统平台，我们为我国防灾减灾事业提供了强有力的支持。该平台的运行不仅可以实时监测超高层建筑的强震动情况，还能为地震安全工作提供科学依据，帮助相关部门制定有效的防灾措施，保障人民生命财产的安全。

三、应用示范

介绍成果产出（论文、专利），经济社会效益等。500字左右。

该项目成果已经在武汉市超高层建筑强震动监测项目中得到广泛应用，建成项目34个，建成超高层建筑台站数量400余个，发挥了重要的减灾效益。项目相关成果已授权专利和软著10项，发表代表性论文10篇。

1、部分项目清单如下：

序号	台阵名称	测点位置	台站台网名	仪器ID	经纬度	安装高度(米)
1	福星华府K4、K5地块	K4-2#楼RF	WHHF001	WDYE0105209	经度：114.257195 纬度：30.63855	167.65
		K4-3#楼RF	WHHF002	WDYE0105210		167.65
		K4-4#楼RF	WHHF003	WDYE0105211		167.65
		K5-6#楼 -2F	WHHF004	WDYE0105212	经度：114.254369 纬度：30.63717	-6
		K5-6#楼 19F	WHHF005	WDYE0105213		57
		K5-6#楼 54F	WHHF006	WDYE0105214		167.65
		K5-4#楼 RF	WHHF007	WDYE0105215	经度：114.253253 纬度：30.637207	167.65
2	福星惠誉红桥城K2地块	2#楼 1F	WHHQ001	WDYE0105216	经度：114.333764 纬度：30.662584	1
		2#楼 20F	WHHQ002	WDYE0105217		60
		2#楼 55F	WHHQ003	WDYE0105218		170
		3#楼 55F	WHHQ004	WDYE0105219	经度：114.334252 纬度：30.662842	170
3	绿地国际金融城A02地块8#楼项目	-1F	WHJR001	WDYE0105220	经度：114.324638 纬度：30.582714	-4
		17F	WHJR002	WDYE0105221		68
		48F	WHJR003	WDYE0105222		195
4	武汉万达中央文化区K4二期四组团项目	4-2#楼 -2F	WHWD001	WDYE0105223	经度：114.340141 纬度：30.55908	-1
		4-2#楼 44F	WHWD002	WDYE0105224		124.7
		4-2#楼 55F	WHWD003	WDYE0105225		171.95
		4-4#楼 -2F	WHWD004	WDYE0105226	经度：114.341219 纬度：30.560124	-1
		4-4#楼 29F	WHWD005	WDYE0105227		64.85
		4-4#楼 55F	WHWD006	WDYE0105228		171.95
		4-4#楼 55F	WHWD007	WDYE0105229		171.95
		4-6#楼 52F	WHWD008	WDYE0105230	经度：114.341445 纬度：30.56115	162.6
		4-7#楼 51F	WHWD009	WDYE0105231	经度：114.34189 纬度：30.5609	159.95
5	远洋归元寺1号地	5# -2F	WHYY001	WDYE0105232	经度：114.259347673 纬度：30.5495283	-8
		5# -1F	WHYY002	WDYE0105233		-4
		5# 20F	WHYY003	WDYE0105234		60
		5#1单元 56F	WHYY004	WDYE0105235		168
		5#2单元 56F	WHYY005	WDYE0105236		168
		6# 56	WHYY006	WDYE0105237	经度：114.25818359 纬度：30.5496992	168
6	武汉龙湖古田长丰村K5地块项目	8#楼 1F	WHGT001	WDYE0105238	经度：114.196449 纬度：30.610945	1
		8#楼 16F	WHGT002	WDYE0105239		48
		8#楼 RF	WHGT003	WDYE0105240		160.5
		9#楼 1F	WHGT004	WDYE0105241	经度：114.1971 纬度：30.610935	1
		9#楼 16F	WHGT005	WDYE0105242		48
		9#楼 RF	WHGT006	WDYE0105243		160.5
7	远洋归元寺项目2号地	2-1#楼 1F	YY007.WH	WDYE0105244	经度：114.26194405 纬度：30.54210867	1
		2-1#楼 20F	YY008.WH	WDYE0105245		60
		2-1#楼 56F	YY009.WH	WDYE0105246		168
		2-2#楼 -3F	YY010.WH	WDYE0105247	经度：114.2622444 纬度：30.54133711	-9
		2-2#楼 1F	YY011.WH	WDYE0105248		1
		2-2#楼 20F	YY012.WH	WDYE0105249		60
		2-2#楼 56F	YY013.WH	WDYE0105250		168
		2-3#楼 1F	YY014.WH	WDYE0105251	经度：114.26176166 纬度：30.54103218	1
		2-3#楼 20F	YY015.WH	WDYE0105252		60
		2-3#楼 56F	YY016.WH	WDYE0105253		168
		2-4#楼 56F	YY017.WH	WDYE0105254	经度：114.2623624 纬度：30.54175292	168
8	汉阳城C地块	1#楼 -3F	WHHY001	WDYE0105255	经度：114.2674425 纬度：30.54490382	-12
		1#楼 14F	WHHY002	WDYE0105256		58
		1#楼 37F	WHHY003	WDYE0105257		165
		2#楼 1F	WHHY004	WDYE0105258	经度：114.2671743 纬度：30.54573541	0
		2#楼 21F	WHHY005	WDYE0105259		60
		2#楼 58F	WHHY006	WDYE0105260		167
9	龙湖葛洲坝	1#楼 B4	WHJC001	WDYE0105261	经度：E114.26262 纬度：N30.607347	-18.5
		1#楼 1F	WHJC002	WDYE0105262		1
		1#楼 7F	WHJC003	WDYE0105263		33
		1#楼 18F	WHJC004	WDYE0105264		76.7
		1#楼 40F	WHJC005	WDYE0105265		164.8
		1#楼 50F	WHJC006	WDYE0105266		209.2
10	保利新武昌	24 栋 1 单元 -2 楼	WHWC001	WDYE0105267	经度：E114.28635 纬度：N30.49420	-8
		24 栋 1 单元 29 楼	WHWC002	WDYE0105268		87
		24 栋 1 单元 55 楼	WHWC003	WDYE0105269		165
		27 栋 1 单元 2 楼	WHWC004	WDYE0105270	经度：E114.28635 纬度：N30.49420	8
		27 栋 1 单元 19 楼	WHWC007	WDYE0105271		57
		27 栋 1 单元 55 楼	WHWC006	WDYE0105272		165

2、专利和软著清单见下表：

序号	知识产权（标准）类别	知识产权（标准）具体名称	国家（地区）	授权号（标准编号）	授权（标准发布）日期	证书编号（标准批准发布部门）	权利人（标准起草单位）	发明人（标准起草人）	发明专利（标准）有效状态
1	发明	基于地震预警信息和地震开关的电梯地震紧急处置方法	中国	CN114093132	2023年6月23日	6079370	中国地震局地震研究所；武汉地震科学仪器研究院有限公司	杨江;范涛;廖成旺;林强;邓涛;袁琼;王嘉伟;陈志高	有权
2	实用新型	一种基于MEMS一体化强震仪的高层建筑地震监测系统	中国	CN208872878U	2019年5月17日	8855825	中国地震局地震研究所；武汉地震科学仪器研究院有限公司	范涛；陈志高；黄俊；杨江；夏界宁；陈玉秀；汪善盛；罗松	有权
3	实用新型	一种高层建筑强震动监测仪器顶部安装装置	中国	CN209975746U	2020年1月21日	9955575	中国地震局地震研究所；武汉地震科学仪器研究院有限公司	范涛；杨江；罗松；石亮；周立；曹金俐	有权
4	实用新型	一种高层建筑地震监测预警装置	中国	CN203038429U	2013年7月3日	3011361	中国地震局地震研究所	陈志高;郑水明;郭唐永;杨江;王秋良;蒋冰莉;邹彤;黄俊;夏界宁;项大鹏;	有权
5	实用新型	便携式振动台检定装置	中国	CN207439633U	2018年6月1日	7425711	湖北省地震局；武汉地震科学仪器研究院有限公司	关伟智；范涛；吴雄伟；苏志敏；陈玉秀；罗松；王嘉伟	有权
6	软著	武汉智慧城市强震动监测系统	中国	2020SR0093032	2019年10月12日	4971728	湖北省地震局；武汉地震科学仪器研究院有限公司	陈玉秀；范涛；	有权

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