A szerkezeti épség monitoring egy komplex és izgalmas terület a modern mérnöki gyakorlatban. Ahhoz, hogy városaink infrastruktúrája – hidak, alagutak, épületek, gátak – biztonságos, fenntartható és hosszú életű legyen, számos különböző tudományág együttműködésére van szükség. Építőmérnökök, geotechnikusok, informatikusok, környezetmérnökök, villamosmérnökök és még sorolhatnánk azokat a szakágakat, akik aktív szerepet játszanak abban, hogy a szerkezetek folyamatos megfigyelése valósággá váljon.
Cikkünk célja, hogy átfogó képet nyújtson arról, hogy mit jelent a szerkezeti épség monitoring a gyakorlatban, és hogyan segítheti ez a megközelítés az épített környezet állapotának folyamatos felügyeletét és fejlesztését. Noha a témakör rendkívül összetett, megpróbáltjuk közérthető módon összefoglalni annak legfontosabb aspektusait, hogy minden érintett – mérnökök, épület/infrastruktúra üzemeltetők, beruházók – számára hasznos és releváns olvasmány legyen.
A szerkezeti épség monitorozás (Structural Health Monitoring, SHM), a különböző építmények, például hidak, alagutak, gátak, épületek és más infrastrukturális elemek állapotának folyamatos megfigyelését jelenti. Az SHM célja, hogy időben felismerje a potenciális szerkezeti hibákat és változó környezeti feltételeket és a gyűjtött adatok által megalapozza a mérnöki döntéseket és előre jelezze a karbantartás szükségességét. A folyamat eredményeképpen a nagyobb károk és balesetek megelőzhetők és a szerkezetek hasznos élettartama megnövelhető. A cél végső soron a társadalmi költségek optimalizálása, melynek része az emberi élet és biztonság megőrzése, a természeti, környezeti tényezők védelme és a közvetlen anyagi ráfordítások minimalizálása.
Definíció: Egy adott mennyiség, folyamat, vagy rendszer állapotának folyamatos mérése, megfigyelése vagy nyomon követése, annak érdekében, hogy időben észlelhetővé váljanak a változások és az esetleges problémák, így meghozhatók legyenek a szükséges döntések a megfelelő és biztonságos működés biztosítása érdekében.
A szerkezeti épség monitoringja kulcsfontosságú az épületek biztonságának és hosszú távú fenntarthatóságának támogatásában Ezeket a rendszereketmár az építkezés közben vagy az épület üzemeltetése során is fel lehet szerelni, elősegítve ezzel a teljes életciklus megfigyelését. A kivitelezési fázisban történő monitoring lehetővé teszi a készülő szerkezetek valós idejű vizsgálatát, továbbá vizualizálható az előrehaladás. Ennek köszönhetően időben azonosíthatók és orvosolhatók az esetleges kivitelezési és anyaghibák. Az üzemeltetési szakaszban a szenzorok és adatgyűjtő eszközök, folyamatosan figyelik a szerkezeti elemek terhelését, rezgéseit, hőmérséklet-változásait vagy más környezeti hatásokat., lehetővé téve a megelőző karbantartást és a károsodások korai felismerését. E két megközelítés kombinációja jelentős mértékben növelheti az épületek biztonságát és élettartamát.
Legfontosabb technológiák és eszközök
Az SHM rendszerek alapját a különféle mérőeszközök és ezekhez kapcsolódó technológiák alkotják. Ezek együttesen összetett adatgyűjtési és feldolgozási folyamatokat tesznek lehetővé. A szerkezetek állapotának folyamatos és pontos monitorozása elengedhetetlen a szerkezeti biztonság és a fenntartható üzemeltetés szempontjából. A legfontosabb eszközök az SHM rendszerek hatékony működéséhez:
A modern SHM rendszerek kiemelkedő jellemzője, hogy képesek integrálni a különböző technológiákat és eszközöket egy összetett rendszerbe, amely real-time adatokkal támogatja a szerkezetek biztonságos működését és fenntarthatóságát. Ez a folyamatos figyelemmel kísérés és azonnali reagálás képessége nélkülözhetetlen az infrastruktúra elemek hatékony kezeléséhez.
Az SHM technológia jól összehasonlítható az okosórákkal. Ahogy egy okosóra folyamatosan figyeli a testünk fiziológiai paramétereit, mint a pulzusszám, a lépésszám, vagy az alvás minősége, az SHM rendszerek is hasonló módon monitorozzák az épített környezetünk „egészségét”. Az okosórák könnyen értelmezhetően megjelenített adatai segítenek a felhasználónak jobb döntéseket hozni az egészségével és életmódjával kapcsolatban, míg az SHM rendszerek adatai létfontosságúak lehetnek a mérnökök és karbantartó szakemberek számára, hogy időben észleljék a potenciális problémákat és megelőzzék a szerkezeti károkat. A könnyű hozzáférés és értelmezhetőség itt is kulcsfontosságú.
Például, amikor egy okosóra riasztást küld a felhasználónak megemelkedett pulzus vagy a szokásostól eltérő fizikai aktivitás esetén, az SHM rendszerek is képesek jelzéseket küldeni a mérnöki csapatoknak, ha atipikus rezgéseket, mozgásokat vagy más paraméterek változásait észlelik egy hídon, épületen vagy más szerkezeten. Az analógia abban az értelmben is megáll, hogy nagyon sok ember által viselt okosórák adatait elemezve új következtetésekre juthatunk az emberi egészséggel kapcsolatosan. A szerkezetek megfigyeléséből keletkező adatok sem csak önmagukban értelmezhetők, hanem releváns bemenő adatot szolgáltatnak más szerkezeteken történő beavatkozásokhoz, vagy jövőbeni tervezési döntésekhez is. Ez a párhuzam segít abban, hogy jobban megértsük, milyen kritikus szerepet töltenek be ezek a monitoring rendszerek a modern infrastruktúrában, ahogy az okosórák is a mindennapi egészségmegőrzésben.
A szerkezeti épség monitorozás (SHM) ipara becslések szerint 2 milliárd dolláros ágazat és az utóbbi években jelentős 10% körüli éves növekedést mutatott, mivel a világszerte egyre több infrastruktúra-projekt és -karbantartás foglalkozik a szerkezetek hosszú távú stabilitásának és biztonságának biztosításával. Az SHM technológiák fejlődése lehetővé tette, hogy a hidaktól kezdve az alagutakon át a magasépítési projektekig számos területen javuljon a monitorozási folyamatok hatékonysága és megbízhatósága. Ezt megalapozza az SHM által használt digitalizációs technológiák elterjedése és költségeik jelentős csökkenése.
Az SHM ipar növekedését több tényező is ösztönzi:
Az iparban kulcsszereplők közé tartoznak a technológiai vállalkozások, mérnöki szolgáltató cégek, valamint kutatóintézetek és egyetemek, amelyek együtt dolgoznak a legújabb SHM technológiák fejlesztésén és alkalmazásán. A partnerségek, mint például az akadémiai és ipari együttműködések, elősegítik az új technológiai megoldások gyors piaci bevezetését.
Az EU területén ilyen együttműködésre jó példa a Danube Interreg projektként futó GeoNetSee projekt, mely fölcsuszamlások automatizált előrejelzésével és monitorozásával foglalkozik és 8 ország 14 akadémiai, kormányzati és üzleti szervezetei vesznek benne részt.
Az SHM iparág jövőjét az összetett és integrált rendszerek irányába való elmozdulás, valamint az automatizált és önműködő megoldások fejlesztése jellemzi. A jövőbeli fejlesztések a monitoring rendszerek hatékonyságának növelése mellett a fenntarthatóság és az energiatakarékosság kérdéseire is válaszokat kívánnak adni.
Az SHM ipar folyamatosan bővülő területe lehetőségeket kínál a technológiai innovációra és a globális infrastruktúrák javítására, ahol a biztonság, megbízhatóság és gazdaságosság egyaránt kulcsfontosságú szempont.
A szerkezetépség-monitorozási rendszerek kifejlesztése és alkalmazása során számos probléma és kihívás merülhet fel, amelyek jelentősen befolyásolják a monitorozási folyamatok hatékonyságát. Az adatgyűjtési, adatrögzítési folyamatok, valamint a helyszíni hozzáférhetőség technikai és logisztikai korlátokat jelenthetnek. A környezeti tényezők, mint például az extrém időjárási körülmények vagy a fizikai behatások, tovább bonyolíthatják a mérőeszközök pontos működését. Ezek a tényezők összetett kihívásokat jelentenek a szerkezetek állapotának pontos és megbízható nyomon követésében, ami elengedhetetlen a korai hibafelismerés és a megelőző karbantartási stratégiák sikerességéhez.
A modern SHM rendszerek kialakítása jelentős előrelépést jelent a hagyományos módszerekkel szemben. Ezek a rendszerek intelligens megoldásokat kínálnak azokra a kihívásokra, melyeket a korábban felsorolt problémák jelentenek, optimalizálva ezzel a szerkezetek biztonságát és hosszú távú fenntarthatóságát. Az alábbiakban bemutatjuk, hogy az SHM hogyan nyújt konkrét megoldásokat az adatgyűjtés, helyszíni hozzáférhetőség, adatrögzítés, környezeti tényezők, valamint a korai hibafelismerés területén felmerülő problémákra.
A modern rendszerek kiemelt előnye a korai hibafelismerés képessége. Ezek a rendszerek folyamatosan elemzik a szerkezetek állapotát, lehetővé téve a potenciális problémák azonosítását már jóval azelőtt, hogy azok súlyosbodnának vagy káros hatást gyakorolnának. Ez a korai diagnosztika jelentősen csökkenti a váratlan hibák kockázatát, lehetővé téve a proaktív karbantartási intézkedéseket, amelyek időben történő bevezetésével jelentős költségmegtakarítást érhetünk el. A hibák korai felismerése az infrastruktúra tulajdonosoknak, akik több ezer hidat, alagutat, vagy épületet kezelnek, lehetővé teszi az optimális karbantartási prioritások meghatározását is. Ezt a tevékenységet összefoglaló néven prediktív karbantartásnak nevezzük.
A modern rendszerek kiemelt előnye a korai hibafelismerés képessége. Ezek a rendszerek folyamatosan elemzik a szerkezetek állapotát, lehetővé téve a potenciális problémák azonosítását már jóval azelőtt, hogy azok súlyosbodnának vagy káros hatást gyakorolnának. Ez a korai diagnosztika jelentősen csökkenti a váratlan hibák kockázatát, lehetővé téve a proaktív karbantartási intézkedéseket, amelyek időben történő bevezetésével jelentős költségmegtakarítást érhetünk el. A hibák korai felismerése az infrastruktúra tulajdonosoknak, akik több ezer hidat, alagutat, vagy épületet kezelnek, lehetővé teszi az optimális karbantartási prioritások meghatározását is. Ezt a tevékenységet összefoglaló néven prediktív karbantartásnak nevezzük.
Az előrejelzés az SHM rendszerek egyik kulcsfontosságú funkciója, amely elősegíti a szerkezetek állapotának jövőbeli alakulásának megértését. A rendszerek összegyűjtött adatokon alapuló elemzésével képesek trendeket azonosítani és előrejelzéseket készíteni, ami lehetővé teszi a szerkezetek várható viselkedésének előrebecslését. Ezáltal a mérnökök és karbantartó csapatok időben tudnak reagálni, megelőzve a nagyobb javításokat és hosszabb leállásokat, így jelentősen növelve a működésbiztonságot és csökkentve a karbantartási költségeket. Az előrejelzési technológiák nagy ugrása a közeli jövőben várható, mikor már elegendő adatminta áll rendelkezésre a mérnöki munka ilyen irányú támogatásához.
A távoli monitorozás lehetővé teszi a szerkezeti egészségmonitorozási rendszerek számára, hogy valós időben figyeljék és értékeljék a szerkezetek állapotát, függetlenül a fizikai helyzettől. Ez a funkció kritikus jelentőségű a nehezen hozzáférhető vagy távoli helyszíneken található szerkezetek esetében, ahol a rendszeres helyszíni ellenőrzések logisztikailag bonyolultak vagy költségesek. Az adatok folyamatos áramlása biztosítja, hogy a műszaki csapatok azonnal reagálhassanak minden potenciális problémára, csökkentve a katasztrofális események kockázatát és javítva a szerkezetek hosszú távú biztonságát. A távoli monitorozás a nagy számú infrastruktúra elemet kezelők számára egy felületen biztosítja a folyamatok áttekintését minden szerkezeten.
Az értesítési funkció kulcsfontosságú elem a rendszerekben, lehetővé téve az azonnali reakciót esetleges problémák esetén. A rendszer automatikusan generál riasztásokat és jelentéseket, időközönként, vagy amikor a monitorozott adatok eltérést mutatnak a normális működési paraméterektől. Ez lehetővé teszi a műszaki csapatok számára, hogy gyorsan reagáljanak, még mielőtt a szerkezetben komolyabb károk keletkeznének. A gyors reakció jelentős mértékben növeli a szerkezetek biztonságát és csökkenti a nem tervezett karbantartási költségeket.
Az SHM rendszer adatgyűjtési folyamata a mérőeszközökkel (szenzorokkal) kezdődik, amelyek a szerkezetekről származó adatokat rögzítik. Ezek az adatok először egy helyi adatgyűjtő egységbe kerülnek, amely a kommunikációs hálózat segítségével továbbítja őket a központi adatfeldolgozóba. Itt a rendszer az adatokat feldolgozza, analizálja és vizualizálja, lehetővé téve a felhasználók számára azok könnyű értelmezését A folyamat részeként automatikusan generált jelentések és riasztások is készülnek, amelyek figyelmeztetnek a potenciális problémákra, így biztosítva a szerkezetek gyors és hatékony kezelését.
Egy szerkezeti egészség monitorozására (SHM) tervezett rendszer számos kulcsfontosságú komponensből áll, melyek együttműködve biztosítják a szerkezetek folyamatos és hatékony megfigyelését. A monitoring alapvető elemei közé tartoznak:
Ezek a komponensek együttesen képezik az SHM rendszert, mely lehetővé teszi a szerkezetek állapotának folyamatos és részletes monitorozását.
Az SHM rendszerek esetén két fő szereplőt említhetünk meg: a monitoring szolgáltató céget, illetve a megrendelőt.
Ennek a két szereplőnek az együttműködése biztosítja, hogy az SHM rendszer hatékonyan működjön és hozzájáruljon a szerkezetek állapotának folyamatos javításához és karbantartásához.
Az említett két szereplő mellett természetesen jelentősen hozzájárulnak a sikeres működéshez a mérnöki szerkezetek beruházói, tervezői, kivitelezői és üzemeltetői is. A legújabb trendek szerint az építmény által érintett közösség és környezet is érintettként szerepel az SHM rendszerben. A legújabb SHM platformokon a különböző felhasználók különböző szinten férnek hozzá az információhoz és kaphatnak képet a maguk szintjén a helyzetről.
Az SHM rendszer működésének alapja az adatok precíz és folyamatos gyűjtése a különféle szenzorokból, mint például gyorsulásmérők, dőlésmérők vagy GNSS rendszerek. Ezek az adatok gyakran nagy mennyiségben érkeznek, így elengedhetetlen a hatékony feldolgozás és elemzés. Az adatfolyam célja, hogy az infrastruktúra aktuális állapotát folyamatosan értékelni lehessen, és időben felismerjük a potenciális problémákat, mielőtt azok súlyosbodnának.
Az SHM rendszerek egyik legfontosabb eleme a felhasználói felület, amely lehetővé teszi az adatok gyors és intuitív elérését. A felületnek átláthatónak és könnyen kezelhetőnek kell lennie, és szolgáltasson több szinten információt, hogy ne csak mérnökök, hanem egyéb érintettek, például városvezetők vagy projektmenedzserek is érdemben tudják használni a rendszert.
Az interaktív térképek, grafikonok és 3D modellek lehetővé teszik a problémás területek vizuális azonosítását, miközben a felhasználók könnyedén navigálhatnak a különböző szerkezetek között. Az olyan funkciók, mint a valós idejű értesítések vagy a különböző szerepkörökre szabott hozzáférések, tovább növelik az SHM rendszer használhatóságát.
A jelentéskészítés az SHM rendszerek egyik legfontosabb kimenete, amely az összegyűjtött adatokat összefoglaló formában prezentálja. A rendszer rendszeresen, vagy ad-hoc módon generálhat jelentéseket, amelyek tartalmazzák az aktuális állapotot, a trendeket és az esetleges figyelmeztetéseket.
A jelentések formátuma testreszabható, legyen szó egyszerű SMS vagy PDF dokumentumokról vagy komplexebb elemzési eredményekről, amelyeket más rendszerekbe is be lehet integrálni. Ezek az adatok kulcsfontosságúak a döntéshozók számára, hogy megfelelő időben hozhassanak karbantartási vagy vészhelyzeti intézkedéseket.
Az SHM rendszerek biztonsága alapvető fontosságú, hiszen az adatok védelme és integritása közvetlenül befolyásolja az infrastruktúra működését és az ezzel kapcsolatos döntéseket. A rendszernek képesnek kell lennie a támadások és az adatszivárgások elleni védelemre, amelyet több szintű biztonsági protokollok, például titkosított adatátvitel és hitelesítési folyamatok biztosítanak.
A rendszerben tárolt adatokat rendszeresen menteni kell, hogy azokat bármilyen hiba esetén vissza lehessen állítani. A szoftverfrissítések és a rendszeres auditálások (mint például a penetrációs tesztek) szintén hozzájárulnak a biztonság fenntartásához, és biztosítják, hogy az SHM rendszerek mindig a legmodernebb biztonsági technológiákat használják.
A hidak állapotának folyamatos ellenőrzése elengedhetetlen a közlekedés biztonsága szempontjából. A szerkezeti épség monitoring rendszerek segítségével a hidak szerkezeti elemeinek deformációját és feszültségét mérhetjük. Ezek az adatok előre jelezhetik a lehetséges szerkezeti hibákat vagy anyagfáradást.
Hidak esetében felmerülhető problémák: saru beszorulás, a dilatáció működésképtelensége, korrózió, hőtágulás
Mérési lehetőségek: rezgés, dinamikus elmozdulás, dőlés, erő, feszültségmérés, lassú elmozdulás, süllyedés, repedéstágasság, jegesedés, saruelmozdulás, szerkezeti nedvesség, szerkezeti hőmérséklet, dilatáció mozgás, környezeti hőmérséklet, szél, csapadék, talajvízszint, forgalom
Az alagutak esetében az épületi egészség monitoring rendszerek a szerkezeti integritás folyamatos ellenőrzésére szolgálnak. Az érzékelők képesek észlelni a földmozgásokat, a szerkezeti deformációkat és a vízszivárgást. A valós idejű adatgyűjtés segít megelőzni a súlyos baleseteket és szerkezeti károkat. Az adatok elemzése lehetővé teszi a pontosabb karbantartási és javítási tervek kidolgozását a hídon belül.
Alagutak esetében felmerülhető problémák: felszínsüllyedés, inklináció (dőlés), elmozdulás (extenzométer), talajvízszint változásből fakadó problémák
Mérési lehetőségek: dőlés, erő, feszültségmérés, levegőminőség, lassú elmozdulás, süllyedés, repedéstágasság, szerkezeti nedvesség, szerkezeti hőmérséklet, környezeti hőmérséklet, csapadék, nyomás, elmozdulás
A gátak állapotának folyamatos figyelemmel kísérése kulcsfontosságú a vízbiztonság szempontjából. Az épületi egészség monitoring rendszerek segítségével mérhetjük a gátak deformációját, elmozdulását és a víznyomást. Ezek az adatok segítenek megelőzni a gátak átszakadását vagy súlyos szerkezeti károsodását.
Gátak esetében felmerülhető problémák: dőlés, elmozdulás, repedések, nyomás
Mérési lehetőségek: dőlés, erő, feszültségmérés, szerkezeti nedvesség, környezeti hőmérséklet, alajvízszint
Az épületek szerkezeti egészségének monitorozása elengedhetetlen a biztonságos használat érdekében. Az érzékelők segítségével mérhetjük az épületek mozgását, deformációját és az anyagok állapotát. Az adatok alapján az épületek tulajdonosai időben értesülhetnek a szükséges karbantartási munkálatokról.
Épületek esetében felmerülhető problémák: dőlés, süllyedés, falak nedvesedése, teherhordó szerkezet repedései
Mérési lehetőségek: dőlés, erő, feszültségmérés, levegőminőség, lassú elmozdulás, süllyedés, repedéstágasság, szerkezeti nedvesség, környezeti hőmérséklet, talajvízszint, forgalom, nyomás, elmozdulás
A műemlékek szerkezeti épségének monitorozása kiemelt fontosságú azok hosszú távú megőrzése és biztonságos látogathatósága érdekében. Az érzékelők és korszerű műszaki megoldások alkalmazásával mérhetők a szerkezet mozgásai, repedései, anyagfáradási jelei, valamint a környezeti hatások, például hőmérséklet- vagy páratartalom-ingadozások. Az így gyűjtött adatok lehetővé teszik a fenntartók számára, hogy időben beavatkozzanak a károsodások megelőzése érdekében, miközben minimalizálják az eredeti szerkezet károsítását. Ezáltal a műemlékek nemcsak esztétikai és kulturális értéküket őrizhetik meg, hanem továbbra is biztonságosan szolgálhatják közösségi vagy turisztikai funkcióikat.
Műemlékek esetében felmerülhető problémák: dőlés, süllyedés, falak nedvesedése, teherhordó szerkezet repedései
Mérési lehetőségek: dőlés, erő, feszültségmérés, levegőminőség, lassú elmozdulás, süllyedés, repedéstágasság, szerkezeti nedvesség, környezeti hőmérséklet, talajvízszint, forgalom, nyomás, elmozdulás
A silók állapotának folyamatos ellenőrzése fontos a tárolt anyagok biztonságos tárolása érdekében. Az épületi egészség monitoring rendszerek segítségével mérhetjük a silók deformációját, elmozdulását és a belső nyomást. Az adatok lehetővé teszik a karbantartási és javítási munkálatok időbeni elvégzését, megelőzve ezzel a szerkezeti meghibásodásokat.
Silók esetében felmerülhető problémák: korrózió, anyagfáradás, dőlés, süllyedés
Mérési lehetőségek: dőlés, erő, feszültségmérés, levegőminőség, lassú elmozdulás, süllyedés, repedéstágasság, szerkezeti nedvesség, szerkezeti hőmérséklet, környezeti hőmérséklet, csapadék, nyomás, talajvízszint
A monitoring rendszerek valós idejű adatokat szolgáltatnak, amelyeket azonnal fel lehet használni a döntéshozatalban. Ezen rendszerek használata növeli a különböző infrastruktúrális építmények és épületek élettartamát és csökkenti a karbantartási költségeket. Az adatok elemzése alapján pontosabb előrejelzéseket készíthetünk a fentebb felsorolt építmények jövőbeli állapotáról és a szükséges beavatkozásokról, ami nem csak a költséghatékonyságot teszi lehetővé, hanem az emberi életek biztonságát is növeli.
Az épületi egészség monitorozására számos példát láthatunk a nagyvilágból, ilyen a jól ismert Golden Gate Bridge is. A Golden Gate Bridge szerkezetének monitorozása, különösen az épület egészségügyi felügyelete, kulcsfontosságú az ikonikus híd hosszú távú stabilitásának és biztonságának fenntartásában. A híd San Francisco és Marin County között ível át, és a világ egyik legismertebb építménye. Az évek során számos korszerű technológiát vezettek be annak érdekében, hogy a híd állapotát folyamatosan figyelemmel kísérjék, különösen a szerkezet elöregedésével és a nagy forgalom, valamint a természeti elemek hatására.
A hídon alkalmazott szerkezeti egészségmonitorozó rendszerek (Structural Health Monitoring - SHM) valós idejű adatokat gyűjtenek a híd különböző részeiről. Az adatok begyűjtésére többféle érzékelőt telepítettek, beleértve a gyorsulásmérőket, nyúlásmérőket és hőmérséklet-érzékelőket. A gyorsulásmérők a híd mozgását és rezgéseit mérik, míg a nyúlásmérők a szerkezeten belüli feszültségeket és alakváltozásokat érzékelik. A hőmérséklet-szenzorok a hőmérsékleti változásokat figyelik, mivel a híd anyaga tágulhat vagy zsugorodhat a hőmérséklet-ingadozások miatt. Emellett szélmérők is működnek, amelyek a szél irányát és erejét mérik, mivel a híd jelentős szélterhelésnek van kitéve a Csendes-óceán partján.
Az acélszerkezetek, mint a Golden Gate Bridge, ki vannak téve a korrózió veszélyének, különösen a sós tengeri levegő miatt. A korrózió monitorozása kiemelt fontosságú, és különböző korrózióérzékelők vannak elhelyezve a hídon, hogy időben felismerjék a rozsdásodás jeleit. A híd rendszeres festése és karbantartása szintén elengedhetetlen annak érdekében, hogy megelőzzék az acélszerkezetek romlását.
Mivel Kalifornia földrengésveszélyes terület, a Golden Gate Bridge földrengésállóságának monitorozása is kritikus. A híd alapjait és fő szerkezeti elemeit megerősítették, hogy ellenálljanak a szeizmikus hatásoknak, és a híd szerkezeti elemeire szeizmikus érzékelőket telepítettek, amelyek a földrengések okozta mozgásokat mérik. Ezek az érzékelők kulcsfontosságúak a földrengés utáni gyors reagálásban, valamint a híd állapotának felmérésében.
A Golden Gate Bridge esetében különös figyelmet fordítanak a szél és a rezgések hatására. A szél által okozott rezonancia komoly szerkezeti károkat okozhat hosszú távon, ezért a hídon lévő szélérzékelők és rezgésmérők folyamatosan monitorozzák az ingadozások mértékét. 2020-ban a hídon aerodinamikai módosításokat hajtottak végre annak érdekében, hogy csökkentsék a széllel szembeni ellenállást és a szerkezet kilengését.
A híd folyamatos monitorozása révén begyűjtött adatokat a mérnökök és szakemberek elemzik, hogy meghatározzák, mikor szükséges karbantartási vagy felújítási munkálatokat végezni. A proaktív karbantartási megközelítés lehetővé teszi, hogy a híd üzemeltetői időben beavatkozzanak, mielőtt komolyabb szerkezeti károk keletkeznének, ezzel hosszabbítva meg a híd élettartamát.
Az 1970-es években épült magyarországi köröstarcsai Kettős-Körös híd jelentős szerkezeti kihívásokkal küzd, többek között a hídszekrényben elhelyezett, előfeszített kábelek korróziójával. A felügyelet korábban az időszakos geodéziai mozgásvizsgálatra és az ötévenkénti részletes fővizsgálatokra korlátozódott. A Magyar Közút felismerve az elöregedő infrastruktúrával járó kockázatokat és az utolsó fővizsgálat ajánlásaival összhangban, a SURVIOT-tal együttműködve egy modern, folyamatos szerkezeti állapotfigyelő rendszert alakított ki.
A SURVIOT három triaxiális gyorsulásmérőt és három vezeték nélküli szerkezeti hőmérőt telepített a híd kritikus pontjaira. Ezek az érzékelők valós idejű adatokat szolgáltatnak a rezgésekről, a sajátfrekvenciákról és a hőmérséklet-változásokról, és az információkat egy központi adatgyűjtő rendszerbe továbbítják felhőalapú feldolgozás és elemzés céljából. A kezdeti eredmények megerősítik a híd biztonságát, a kábelerőkben nincs jele kritikus romlásnak. Ez a korai eredmény aláhúzza a kockázatok mérséklésére és a megelőző karbantartást lehetővé tevő fejlett monitoringban rejlő lehetőségeket.
A jövőbeli tervek között szerepel a monitoring rendszer további érzékelőkkel, például elmozdulásérzékelőkkel és nyúlásmérőkkel való bővítése, valamint a forgalmi adatok integrálása a terhelés hatásainak jobb megértése érdekében. A SURVIOT rendszer hordozhatósága megkönnyíti a költséghatékony telepítést a régió hasonló hídjain. Ez a projekt jól példázza, hogy a modern technológia hogyan hosszabbíthatja meg a kritikus infrastruktúra élettartamát és növelheti a biztonságot a proaktív, adatvezérelt döntéshozatal révén.
A teljes Köröstarcsai Esettanulmány feloldásához kérjük, küldje el nevét és e-mail címét, hogy el tudjuk küldeni a tanulmány pdf-fájljának linkjét.
Az IoT technológia kulcsfontosságú a szerkezeti monitorozásban, mivel lehetővé teszi az eszközök közötti folyamatos kommunikációt és adatcserét. Az IoT-alapú szenzorok képesek valós időben továbbítani az adatokat, ami azonnali reakciót és döntéshozatalt tesz lehetővé. Például, egy híd szerkezeti integritását folyamatosan monitorozó IoT-eszközök riaszthatják a karbantartó személyzetet, ha beavatkozás szükséges, ezzel növelve a biztonságot és csökkentve a kockázatot.
A BIM (Building Information Modeling) egy szerkezet fizikai és funkcionális tulajdonságainak digitális modellje, amely lehetővé teszi az érintettek (pl. tervezők, kivitelezők, üzemeltetők) együttműködését a szerkezet teljes életciklusa alatt egy intelligens 3D modell támogatásával. A szerkezeti monitorozással - szenzorokkal, IoT megoldásokkal - integrálva, a BIM valós idejű adatokat szolgáltat az épület állapotáról, annak változásáról és karbantartási igényeiről. Ez lehetővé teszi pl. szimulációk futtatását. A BIM 7. “dimenziója” a valós idejű adatgyűjtés, mely a további 6-ra épül és velük szorosan együttműködik. Ezek a “dimenziók” maga a 3D modell, idő, költségek, és fenntarthatóság.
A digitális ikrek a fizikai szerkezetek pontos, virtuális másolatai, amelyek a monitoring adatok segítségével folyamatosan a valósághoz igazodnak. A környezeti paraméterek és erőhatások alapján a modell valós időben "együtt él" a szerkezettel, így a szimulációk és elemzések még pontosabb eredményeket adnak.
Ez a technológia lehetővé teszi, hogy tervezők és mérnökök jobban megértsék, hogyan reagál a szerkezet különböző terhelésekre és környezeti hatásokra, elősegítve a biztonságosabb és fenntarthatóbb döntéshozatalt.
Az AI és ML technológiák optimalizálhatják a nyers- vagy előfeldolgozott adatokból történő mintázatfelismerést és az előrejelzést, ami a szerkezetek állapotának folyamatos monitorozását teszi hatékonyabbá. Például, egy mesterséges intelligenciával működő rendszer előre jelezheti a potenciális szerkezeti hibákat, lehetővé téve a preventív karbantartásokat és csökkentve a váratlan javítások költségeit és kockázatait.
Az IoT technológia kulcsfontosságú a szerkezeti monitorozásban, mivel lehetővé teszi az eszközök közötti folyamatos kommunikációt és adatcserét. Az IoT-alapú szenzorok képesek valós időben továbbítani az adatokat, ami azonnali reakciót és döntéshozatalt tesz lehetővé. Például, egy híd szerkezeti integritását folyamatosan monitorozó IoT-eszközök riaszthatják a karbantartó személyzetet, ha beavatkozás szükséges, ezzel növelve a biztonságot és csökkentve a kockázatot.
Az új technológiák, mint az IoT és a mesterséges intelligencia, lehetővé teszik a monitorozási folyamatok automatizálását, jelentősen csökkentve ezzel a munkaerőigényt és a karbantartási költségeket. Automatizált rendszerek bevezetése által a vállalatok képesek gyorsabban reagálni a problémákra, minimalizálva a drága javítások és leállások szükségességét.
Az adatgyűjtés és -elemzés módszertanának fejlesztésével a monitoring rendszerek képesek lesznek hamarabb, akár jóval a meghibásodások keletkezése előtt jelezni bármilyen rendellenességet. Ez a gyors reagálás csökkentheti a potenciális károkat és képes segíteni a szerkezetek gyors helyreállítását, akár kritikus helyzetekben.
A digitális ikrek és a nagy adatmennyiség kezelésére képes technológiák részletesebb és pontosabb képet adnak a monitorozott szerkezetek állapotáról. Ezáltal a pontosabb adatok jobb döntéshozatalt tesznek lehetővé, ami alapvetően javítja a szerkezetek biztonságát és optimalizálja a karbantartási folyamatokat.
Az automatikus, pontos és időben történő adatgyűjtés kulcsfontosságú erősség a szerkezet épség monitoring rendszerekben. Ez a fajta adatgyűjtés lehetővé teszi, hogy a rendszer valós időben rögzítse és továbbítsa az adatokat, így azonnal érzékelhetők a potenciális problémák, eltérések. Ennek eredményeképpen gyorsan lehet reagálni, még mielőtt a szerkezeti problémák súlyosbodnának. A megfelelő pontosságú adatgyűjtés az alapja a monitoring rendszer megbízhatóságának és hatékonyságának, hozzájárulva ezzel a biztonság növeléséhez.
A jelentős költségmegtakarítás hosszú távon kiemelkedő előny a szerkezeti épség monitoring rendszerek esetében. Ez a technológia lehetővé teszi a korai hibafelismerést és a megelőző karbantartásokat, amelyek csökkentik a váratlan javítások és leállások költségeit. Az időben történő beavatkozások révén minimalizálhatók a nagyobb károk és az ezekkel járó költségek, ami hosszú távon jelentős pénzügyi megtakarítást jelent a szerkezetek üzemeltetői számára.
A folyamatos, szenzoros szerkezet megfigyelés, kiegészítve a megfelelő cselekvési tervekkel jelentős módon képes növelni a biztonságot és a megbízhatóságot. A szerkezeti épség monitoring képes folyamatosan felügyelni a létesítmények állapotát, észlelve a potenciális hibákat még azelőtt, hogy azok komolyabbra fordulnának. Ezáltal jelentős mértékben csökkenthető a váratlan meghibásodások száma és kockázata.
A modern monitoring rendszerek valós idejű adatokat szolgáltatnak, amelyek lehetővé teszik a gyors értékelést bármilyen rendellenesség vagy sérülés esetén. Például egy földrengést követően az SHM rendszer azonnal megmutatja, hogy a szerkezet károsodott-e, és milyen mértékben, így elkerülhető a hosszas vizsgálati folyamat. Ez a képesség különösen kritikus lehet olyan helyzetekben, ahol a gyors döntéshozatal életeket és erőforrásokat menthet.
Rendszeres állapotfelügyelet és karbantartás révén a monitoring rendszerek segítenek az infrastruktúra elemek jó állapotának fenntartásában, meghosszabbítva az élettartamot. Ez nemcsak a javítási és felújítási költségek csökkentését jelenti, hanem hozzájárul a fenntartható használathoz is.
A szerkezeti épség monitoring segít optimalizálni a karbantartási munkákat, csökkentve azok gyakoriságát és mértékét. Ennek következtében kevesebb erőforrást igényelnek a fenntartási folyamatok, ami jelentősen csökkenti a környezetre gyakorolt negatív hatásokat és támogatja a fenntarthatósági célok elérését.
Segít megfelelni a szigorú biztonsági és ellenőrzési szabályozásoknak, különösen kritikus infrastruktúrák esetén, például hidaknál és épületeknél.
A szerkezeti épség monitoring rendszerek telepítése magában foglalja a fejlett műszaki eszközök és szoftverek beszerzését, valamint az integrációs folyamat költségeit. Ez a kezdeti nagy beruházás visszatartó erő lehet, különösen kisebb kockázatú műtárgyak, infrastruktúra elemek vagy alacsonyabb költségvetésű projektek esetében.
Az SHM rendszerek telepítése, működtetése és karbantartása szakértelmet igényel, ami képzett mérnököket és technikusokat követel meg. Ennek a szakértői tudásnak a hiánya korlátot jelenthet a rendszer fenntarthatóságában és fejlesztésében a felhasználói oldalon.
Az SHM rendszerek kommunikációs megoldásai jellemzően egy harmadik fél (telekommunikációs társaság) hálózatát használják. Az adatok eljuttatása a feldolgozás helyére szakértelmet igényel, ami képzett informatikai személyzetet követel meg. A szakértői tudás hiánya korlátot jelenthet a rendszer hatékony használatában.
Az adatgyűjtés és tárolás során felmerülő adatvédelmi és biztonsági kérdések kezelése kulcsfontosságú. A nem megfelelő adatkezelés komoly jogi és etikai problémákat okozhat. Külső monitoring szolgáltató esetén felmerül az adat tulajdonlásának kérdése is, melyet megnyugtatóan szabályozni kell.
Bár az SHM rendszerek jelentős mértékben automatizáltak, bizonyos esetekben szükség van emberi beavatkozásra az adatok értelmezése és a döntéshozatal során, ami korlátozza az automatizálás mértékét. A vizualizációs interfész mellett továbbá fontos a szenzorok időszakos ellenőrzése, kalibrálása és karbantartása, ami szintén képzettséget igényel.
Az SHM rendszereknek gyakran nehézséget okoz az adaptáció a gyorsan változó környezeti feltételekhez, mint amilyenek a hirtelen időjárási változások vagy katasztrófák, vagy az általános informatikai, műszaki fejlődés lekövetése, ezért folyamatos fejlesztésre van szükség, hogy megőrizzék hatékonyságukat és relevanciájukat.
A globális urbanizáció növekedése és a meglévő infrastruktúra elemek öregedése párhuzamosan növeli a szerkezetek folyamatos és hatékony felügyeletének szükségességét. Az SHM rendszerek széleskörű alkalmazása kritikus szerepet játszhat az új és meglévő városi infrastruktúrák fenntartható kezelésében, növelve ezzel a lakosság biztonságát és a gazdasági stabilitást.
Az IoT, mesterséges intelligencia, és a nagy adatmennyiségek kezelése és az AI alkalmazása nemcsak a mérési pontosságot és gyorsaságot javítják, hanem lehetővé teszik a prediktív karbantartást és az eseményvezérelt riasztási rendszereket. Ezek a fejlesztések kulcsfontosságúak lehetnek a monitoring rendszerek hatékonyságának növelésében.
Az SHM rendszerek adaptálhatósága és skálázhatósága lehetővé teszi, hogy különböző iparágakban, mint például a megújuló energiaforrások és az intelligens közlekedési rendszerek, hatékonyan alkalmazhassák. Ez az integráció új piaci lehetőségeket és üzleti modelleket nyit meg.
Az SHM technológia integrálása a SmartCity infrastruktúrákba javíthatja a városi környezet fenntarthatóságát és élhetőségét, lehetővé téve a döntéshozók számára, hogy reális adatok alapján kezeljék és karbantartsák az infrastruktúra elemeket.
Az SHM rendszerek lehetőséget nyújtanak arra, hogy a vállalatok új üzleti modellekben, például szolgáltatásként történő értékesítésben (SaaS) dolgozzanak, amely előfizetéses alapon működik. Ez segíti a vállalatokat abban, hogy folyamatos bevételeket generáljanak a felhasználóktól, amely hosszú távon stabil bevételi forrást biztosít.
A technológia gyors fejlődése miatt a szerkezeti épséget monitorozó rendszerek gyakran szembesülnek az elavulás veszélyével, ami nemcsak kevésbé hatékony, de biztonsági kockázatokat is rejt. Ezenkívül a rendszerek teljesítménye szorosan összefügg a technológiai fejlesztésekkel, ami azt jelenti, hogy bármely késedelem vagy hiba közvetlenül befolyásolja azok hatékonyságát, ezért folyamatos frissítésre és az új innovációk integrálására van szükség.
A szabályozási környezet változékonysága jelentős kihívást jelent, különösen az adatvédelmi és az építési előírások területén. A jogi keretek betartása létfontosságú a vállalkozások számára, hogy elkerüljék a bírságokat és jogi felelősségre vonást. Mindazonáltal a a szabályozási környezet előnyt is jelenthet, példának okán akkor, ha előírják az ilyen rendszerek használatát.
A piaci verseny folyamatosan növekszik, ami nyomást gyakorol a cégekre, hogy innovatívabbak legyenek, jobb szolgáltatásokat nyújtsanak, és hatékonyabbá tegyék működésüket, miközben versenyképes árakat kell kínálniuk.Ráadásul egy olyan környezetben, ahol az automatizált monitorozásnak a “kézi” mérésekkel, megfigyelésekkel is versenyeznie kell.
A gazdasági válságok és a befektetési források szűkössége, az infrastruktúra finanszírozás szinte kizárólag az államnál lévő felelőssége jelentősen korlátozhatja a SHM projektek finanszírozását, ami akadályozhatja az új technológiák bevezetését és a piaci terjeszkedést.
A természeti események, mint földrengések vagy árvizek, komoly károkat okozhatnak a monitorozott szerkezeteknek és magának a megfigyelő rendszernek is, ami az adatok megbízhatóságát és a rendszer stabilitását veszélyezteti. Az ilyen környezeti hatások kezelése kiemelt jelentőségű a rendszer hatékony működése érdekében.
A szerkezeti épség monitoring (SHM) alapvetően olyan, mint egy okosóra az épített környezetszámára: láthatóvá teszi a rejtett problémákat, és átfogó képet nyújt a szerkezetek állapotáról. Az SHM segítségével az üzemeltetők nemcsak a jelenlegi állapotot ismerhetik meg, hanem lehetőséget kapnak arra is, hogy időben reagáljanak a problémákra, ezzel növelve a biztonságot és csökkentve a költségeket.
A SURVIOT elkötelezett a biztonságos és okos városok megteremtése iránt. Küldetésünk, hogy hozzájáruljunk a modern városfejlesztéshez olyan innovatív megoldásokkal, amelyek garantálják az infrastruktúra elemek hosszú távú megbízhatóságát és fenntarthatóságát.
SHM Market:
Market Research Future (2024): Structural Health Monitoring Market Research Report Information By Offering (Hardware, Software & Services), Technology (Wired, Wireless), End-Use (Civil Infrastructure, Aerospace & Defense, Energy, Mining), and Region (North America, Europe, Asia Pacific, Rest of the World), Forecast till 2032.
Source: marketresearchfuture.com/reports/structural-health-monitoring-market
Straits Research (2022): Structural Health Monitoring Market Size, Share & Trends Analysis Report By Component (Hardware, Software, Services), By Connectivity (Wired, Wireless), By End-User (Civil, Aerospace, Defense, Energy, Mining, Others) and By Region(North America, Europe, APAC, Middle East and Africa, LATAM) Forecasts, 2023-2031
Source: straitsresearch.com/report/structural-health-monitoring-market
Cognitive Market Research (2024): Structural Health Monitoring Market Report 2024 (Global Edition)
Source: cognitivemarketresearch.com/structural-health-monitoring-market-report
Cikkek:
Farrar, C. R., & Worden, K. (2007). An introduction to structural health monitoring. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 365(1851), 303-315.
Source: royalsocietypublishing.org
Cawley, P. (2018). Structural health monitoring: Closing the gap between research and industrial deployment. Structural health monitoring, 17(5), 1225-1244.
Source: journals.sagepub.com
Zonzini, F., Aguzzi, C., Gigli, L., Sciullo, L., Testoni, N., De Marchi, L., … & Marzani, A. (2020). Structural health monitoring and prognostic of industrial plants and civil structures: A sensor to cloud architecture. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 23(9), 21-27.
Source: ieeexplore.ieee.org
Scuro, C., Sciammarella, P. F., Lamonaca, F., Olivito, R. S., & Carni, D. L. (2018). IoT for structural health monitoring. IEEE Instrumentation & Measurement Magazine, 21(6), 4-14.
Source: ieeexplore.ieee.org
Szerkezeti állapotfigyelés a teljes építőipar számára a világban mindenhol.
+ 36 30 960 5853
info@surviot.com
Magyarország
3000 Hatvan
Erzsébet tér 11. fszt. 4.
Ingyenes konzultációt biztosítunk az Ön monitorozási igényeivel kapcsolatban. Örömmel mutatjuk meg, hogyan segítheti a SURVIOT projektje sikerét.
Menedzsment rendszerek - Minőségmenedzsment rendszer ISO 9001:2015 ✅
Örömmel osztjuk meg, hogy a SURVIOT Monitoring Kft. elnyerte az ISO9001:2015 minősítést. Hat hónapig tartott a minőségirányítás bevezetése szervezetünk munkafolyamataiba és eljárásaiba.
A tanúsítvány azt is jelzi, hogy elkötelezettek vagyunk partnereink és ügyfeleink számára nyújtott szolgáltatásaink folyamatos fejlesztése iránt.
HU 
EN 
DE