[00132814]广州塔结构安全实时监测技术研究与应用

1. 任务来源 1) 国家高技术研究发展计划（863计划）专题课题“超高建筑安全施工状态监测与可靠性控制技术研究”,项目编号：2009AA04Z420。 2) 广州新电视塔结构施工监控与运营健康监测服务;横向项目 3) 广州新电视塔结构施工监控与运营健康监测服务（振动控制数据采集与远程监控系统实施）;横向项目 4) 广州新电视塔结构施工监控与运营健康监测服务（振动控制、风能发电及光伏幕墙一体化高科技展示系统服务）;横向项目 2. 应用领域和技术原理 本项目研究成果应用领域主要为高层、超高层及高耸结构的施工监控和运营健康监测,提出了结构安全实时监测技术,对其进行了一系列理论和现场测试研究,并成功应用于广州塔的施工过程监控和运营健康监测。超高层建筑规模宏大、造型复杂、施工环节多、施工周期长,必须在深入分析结构状态变化规律并制定科学可行的施工控制方案,确保结构内力和变形在始终处于受控状态。并且施工工艺对结构的最终状态能否达到设计目标和要求有着很大的影响,需要仔细计算每个环节的影响。风荷载、地震荷载、温度荷载等对结构在不同施工阶段有不同的影响,需要详细的分析和计算。超高层建筑在建成以后,由于受到气候、腐蚀、材料性能退化等因素影响,在长期荷载和灾害的作用下易于受到损坏,其强度和刚度会相应地随时间而降低。这不仅会影响超高层建筑的正常运营,也会缩短其使用寿命。因此,需要对超高层建筑的健康状况进行有效的监测和评估。其目的在于保证结构的可靠性,以满足结构预定的功能要求。基于此,本项目在国内外首次研发一套技术领先、性能稳定的超高层结构监测与安全评价系统,对建筑从施工开始到运营使用的全寿命范围内进行实时监测和评估,并应用到600米高的广州塔结构中,确保施工和运营安全可靠。 本项目对于提升我国乃至全世界超高层建筑结构的设计、改善施工控制技术、改进施工工艺以及评估重大事件对结构的影响都起到示范性的开创作用,具有显著的经济效益和社会效益。 3. 性能指标 1) 完成超高层建筑施工过程结构状态实时监测与评估技术研究与应用 2) 完成广州塔结构施工监控与运营健康监测系统研究与实施 3) 完成广州塔振动控制数据采集系统研发与实施 4) 完成广州塔振动控制远程监控系统研发与实施 5) 完成广州塔桅杆光纤应变监测系统研发与实施 6) 完成广州塔播放式多媒体展示系统研发与实施 7) 完成广州塔互动式多媒体展示系统研发与实施 8) 完成广州塔光伏幕墙可视化软件开发与应用 本项目已按照合同书的要求达到上述性能指标。 4. 成果的创造性、先进性 本项目主要取得了以下五个方面的创造性和先进性研究成果： 1) 一体化和全寿命期的结构健康监测系统研究与设计 2) 结构健康监测系统与振动控制系统的融合 3) 基于图像处理的超高层结构动态位移监测技术的研究与应用 4) 超高层结构边界层以上风环境监测及风与地震下结构响应特性研究 5) 基于实测数据的超高层健康监测基准问题研究 5. 作用意义（直接经济效益和社会意义） 结构施工监控与运营健康监测系统及其采用的结构安全实时监测技术在广州塔施工及运营过程中发挥了重要作用。它从广州塔“出生”阶段即开始记录其“健康”数据,为“成长”阶段结构健康评估提供基准模型,为极端事件（地震、台风等）发生后结构安全评估提供了数据支持。在广州塔施工过程中,该系统对于制定科学可行的施工控制方案,确保结构内力和变形在施工过程中始终处于受控状态提供强有力的理论和数据支撑,改进了相关施工工艺和方法,节省了施工时间,经济效益显著。运营至今,已成功记录和评估了近二十次地震和逾十次台风的监测数据,为广州塔在这些极端灾害发生后的安全状况提供了实时的“体检报告”。与此同时,对于边界层以上风环境的监测和相关参数研究填补了目前规范和研究中的空白,为验证设计参数和制定超高层相关规范提供实测数据,具有重要的学术和工程意义。以广州塔为工程背景、以结构安全实时监测技术为核心而研发的“大型结构诊断与预测系统”获得了第37届瑞士日内瓦国际发明及创新技术与产品展览金奖;该系统还获得了二〇〇九年中国国际工业博览会金奖,成为当时高校唯一获得金奖的项目,社会效益明显。在随后香港理工大学承担的“深圳证券交易所营运中心项目抬升裙楼结构施工及运营安全健康监测”项目中,采用了广州塔结构安全实时监测技术,该技术使得抬升裙楼钢结构卸架时间从原定的三天时间大大缩短为四个小时,发挥了显著的经济和社会效益。