IoT обеспечивает ценность, выходящую за рамки визуализации, в мониторинге структурного состояния (SHM) за счет извлечения информации с огромной скоростью и в масштабе, часто с помощью ИИ. Внедрение Интернета вещей становится почти неизбежным для мониторинга, безопасности и эксплуатации инфраструктуры.
Потребность в надежных и своевременных данных при строительстве и управлении критически важной инфраструктурой очевидна. Однако до недавнего времени сбор данных для мониторинга состояния конструкций (SHM) в основном выполнялся вручную, когда инженерам приходилось выезжать на места для проведения основных измерений. Проблема ручного сбора данных заключается в том, что он медленный, ненадежный и крайне неэффективный.
Появление Интернета вещей (IoT) - удар в руку для гражданской и строительной инженерии. Значительное снижение стоимости датчиков и возможностей подключения в сочетании с ростом бизнес-моделей платформа как услуга теперь позволяет собирать большие объемы данных удаленно, агрегировать их и проводить критический анализ для получения действенных выводов.
IoT - это концепция раскрытия данных, полученных из точек, представляющих операционный интерес. На базовом уровне он направлен на улучшение ситуационной осведомленности, позволяя визуализировать важные параметры поля. Мониторинг состояния конструкции (SHM) - это процесс мониторинга или оценки состояния конструкции с целью сбора информации о ее текущем состоянии путем отслеживания таких переменных, как вибрация, деформация, напряжение и другие физические явления, реакции и условия. Он призван помочь в проведении неразрушающих оценок, направленных на определение местоположения и степени повреждения, расчет оставшегося срока службы актива и прогнозирования предстоящих аварий.
По мере того, как критически важные объекты, такие как мосты, плотины и оборудование, строятся и стареют, для владельца или оператора становится очевидным обеспечение их безопасности и долговечности. В то время как неразрушающий контроль является стандартной практикой при оценке структурной целостности, возможность защищать и контролировать активы с помощью датчиков IoT предлагает владельцам активов возможность извлекать ценность с помощью искусственного интеллекта, смягчая финансовые и операционные последствия ухудшения и рутинного ручного контроля. . Кроме того, владельцам активов предлагается возможность более эффективно управлять инвестициями в техническое обслуживание, минимизируя время простоя и избегая или тщательно планируя дорогостоящий ремонт.
Идея SHM заключается в сборе данных с нескольких датчиков, установленных на конструкциях, для обработки и понимания полезной информации о текущем состоянии конструкции для целей технического обслуживания и безопасности. Возможность контролировать и отслеживать критически важные активы с целью повышения операционной эффективности - один из наиболее важных способов, которыми Интернет вещей может повысить ценность для владельца или оператора активов. Датчики можно размещать в критических местах на элементах структуры и передавать информацию в облако через сети LPWAN, BLE mesh или 5G. Система SHM предоставляет данные об изменениях в конструкции из-за старения материалов, факторов окружающей среды или случайных повреждений.
Обычно системы SHM предназначены для мониторинга влажности, температуры, ускорений, растягивающего напряжения, сжимающего напряжения и деградации строительных материалов. Используемые методы неинвазивны и требуют установки датчиков на контрольно-пропускных пунктах, четко определенных профессионалами. Информация от датчиков объединяется с математическими моделями для определения безопасности конструкции.
Драйверы для внедрения Интернета вещей в структурном мониторинге работоспособности (SHM)
Структурный мониторинг работоспособности направлен на выявление возможного наличия риска или возможности в инфраструктурном активе. Он превратился из темы, интересной для исследователей, в бизнес-модель из-за распространения датчиков и возможностей Интернета вещей. Ниже мы резюмируем, как внедрение Интернета вещей в SHM создает ценность для владельцев активов.
Безопасность и соответствие
Преобладающее использование принципа «пользователь платит» благодаря государственно-частному партнерству в критически важной инфраструктуре означает, что пользователи заслуживают и могут требовать безопасные и доступные активы. По мере старения конструкций возрастают опасения по поводу безопасности. Раньше было сложно обнаружить ухудшение внутри конструкций, но теперь датчики Интернета вещей позволяют собирать и анализировать данные, обеспечивая тем самым более высокий уровень безопасности. Постоянная и достоверная информация о структуре гарантирует безопасность пользователей, душевное спокойствие и репутацию провайдера.
Кроме того, рентабельно внедрить систему обязательного мониторинга с помощью датчиков IoT, которые могут потребоваться в соответствии с правилами для критически важных активов, таких как атомные электростанции, для демонстрации безопасности.
Постоянный структурный мониторинг
Датчики Интернета вещей позволяют контролировать структуру на постоянной основе в режиме реального времени. Это важно для поддержания функциональной полезности, оптимальной производительности и безопасности. Планирование технического обслуживания становится более целенаправленным. Мониторинг дополняет уже существующие методы тестирования и диагностики например. BeanAir, Roctest, SGS и Giatec. Также важно контролировать конструкции во время строительства, ввода в эксплуатацию, эксплуатации, ремонта, изменения и даже демонтажа, чтобы вовремя обнаруживать недостатки, сокращать расходы на страхование и повышать доступность услуг. Некоторые конструкции могут потребовать мониторинга из-за новаторского подхода или использования специальных материалов.
Увеличение срока службы конструкций
Иногда срок службы конструкции приближается к расчетному, и возникает необходимость оценить, можно ли отложить дорогостоящее обслуживание без риска ухудшения конструкции. Мониторинг и анализ в реальном времени могут использоваться для обнаружения скрытых структурных резервов, которые позволяют контролировать продление срока службы. Более того, из-за неотъемлемых конструктивных соображений можно контролируемым образом увеличивать запасы эксплуатационной безопасности без риска чрезмерного растягивания инфраструктуры. Скрытый срок службы или способность выдерживать нагрузку могут быть доступны и улучшают полезность актива.
Датчики также могут использоваться для обнаружения и отслеживания развития дефекта в конструкции, одновременно регистрируя его реакцию на стрессовые события и условия окружающей среды. Вооружившись этой информацией, лица, принимающие решения, могут предпринять осознанные шаги для предотвращения ухудшения дефекта, безопасного продления срока службы актива и снижения риска отказа.
Оптимизация операций
Централизованная система структурного управления очень важна, особенно в случаях, когда актив является сложным или задействовано много активов. Консолидированное представление всей критически важной полевой информации о важных активах обеспечивает оптимальную эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт на основе надежных и объективных данных. Становятся возможными современные подходы, такие как обслуживание по требованию. Приведение физических структур в оперативный режим позволяет цифровое двойникование. Надежные полевые данные помогают в контроле качества и обеспечении качества во время строительства, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, тем самым устраняя скрытые расходы, связанные с низким качеством и несоответствием.
Непрерывное совершенствование
Сбор данных увеличивает знания о структуре, что позволяет в будущем создавать инновационные и лучшие структурные конструкции, особенно в тех случаях, когда аналогичные активы должны быть развернуты в более крупном масштабе. Датчики позволяют оптимизировать конструктивные аспекты и вовремя устранить недостатки.
Подключенные активы также предлагают преимущества, основанные на исследованиях, благодаря простому сбору данных, что позволяет расширять знания и передавать их посредством моделирования и публикаций.
Повышенная стоимость актива
Актив, основанный на передовых технологиях для улучшения результатов, имеет больший престиж и воспринимаемую ценность. В районах, подверженных стихийным бедствиям, это может быть использовано для переговоров о снижении затрат на страхование и даже экологических налогов.
Технический прогресс в маркетинге
Технологии могут быть инструментом для инноваций и привлечения новых клиентов, особенно для дальновидных организаций, которые стремятся оставаться в авангарде саморазрушения. Подключенная инфраструктура повышает конкурентоспособность. В некоторых случаях использование возможностей Интернета вещей в проекте может успокоить общественность после сбоя актива, укрепить доверие общественности и вызвать интерес для будущего использования.
Вывод
Основными факторами, способствующими росту рынка мониторинга состояния конструкций, являются высокие капитальные вложения для мониторинга состояния конструкций в различных отраслях, строгие экологические нормы, касающиеся устойчивости конструкций, и снижение стоимости датчиков IoT, которые снижают стоимость внедрения в здоровье конструкций. системы мониторинга, среди прочего. Кроме того, развитие ИИ и цифрового побратимства делает внедрение IoT в SHM еще более привлекательным.
