FBG智能传感系统在大型体育场馆结构健康监测中的创新实践

行业痛点与技术突破

图1 大型体育馆网壳结构

北京某奥林匹克场馆运维报告显示，传统结构监测面临三大挑战：

• 监测盲区：传统振弦式传感器仅覆盖12%关键节点，无法捕捉90米跨度网壳结构的局部失稳（图1）；

• 环境干扰：馆内5G基站导致50%电阻应变片发生信号漂移；

• 响应迟滞：人工检测周期长达3个月/次，难以及时发现焊缝微裂纹扩展。

本方案创新构建光纤神经感知网络

图2大跨度网壳结构应力分布

1.智能传感阵列：采用碳纤维复合封装FBG传感器（量程±3000με），抗拉强度提升至1.5GPa；

2.全域监测算法：基于图卷积神经网络（GCN），将328个物理测点重构为10cm网格精度的三维应变场；

3.边缘智能中枢：部署FPGA加速的实时损伤识别系统，响应延迟压缩至80ms。

空间感知网络架构

关键节点部署：

• 主桁架节点：植入微型FBG阵列传感器，同步采集X/Y/Z三轴应变；

• 索膜连接点：缠绕式光纤传感器实时监测预应力波动（精度±0.5kN）；

• 基础环梁：预埋20m铠装分布式光纤，建立地基不均匀沉降预警模型。

商业价值落地实证

• 隐患识别：在2023年暴雪天气中，成功预警东北某体育馆网架结构局部屈曲（最大应变达2850με）；

• 定位精度：通过应变场畸变分析，精准定位2处隐蔽螺栓松动；

• 可靠性验证：连续三年监测数据完整率99.8%，传感器存活率100%。

• 运维成本：替代传统人工检测，年度巡检费用降低65%；

• 风险控制：避免某场馆因未检出索头锈蚀导致的千万级维修事故；

• 增值服务：结构健康数据支撑保险费用协商，费率下调18%。

行业生态构建展望

在"新型基础设施建设"战略指引下，该技术正延伸至更多领域：机场航站楼屋盖监测、超高层建筑摇摆控制、古建筑遗产保护等场景，推动建筑运维从"事后抢险"向"事前预防"的范式变革。