نیاز به دادههای قابل اعتماد و بهموقع در مدیریت ساختوساز و زیرساختهای حیاتی کاملاً آشکار است. با این حال، تا همین اواخر، جمعآوری دادهها برای نظارت بر سلامت سازهها (Structural Health Monitoring یا SHM) عمدتاً بهصورت دستی انجام میشد، جایی که مهندسان باید به محل پروژه مراجعه میکردند تا اندازهگیریهای کلیدی را انجام دهند. چالش جمعآوری دستی دادهها این است که این روش کند، غیرقابل اعتماد و بسیار ناکارآمد است.
ظهور اینترنت اشیا (Internet of Things یا IoT) تحولی بزرگ در صنایع مهندسی عمران و سازه ایجاد کرده است. کاهش چشمگیر هزینههای حسگرها و اتصالات، همراه با رشد مدلهای کسبوکار پلتفرم بهعنوان خدمت (Platform-as-a-Service)، اکنون امکان جمعآوری حجم زیادی از دادهها بهصورت از راه دور، تجمیع آنها و انجام تحلیلهای حیاتی برای تولید بینشهای عملی را فراهم کرده است.
IoT مفهومی است که به نمایش دادههای تولیدشده از نقاط مورد علاقه عملیاتی میپردازد. در سطح پایه، این فناوری با فعال کردن تجسم پارامترهای مهم میدانی، به بهبود آگاهی موقعیتی کمک میکند. نظارت بر سلامت سازهها (SHM) فرآیندی است برای نظارت یا ارزیابی وضعیت یک سازه بهمنظور جمعآوری اطلاعات درباره وضعیت فعلی آن از طریق ردیابی متغیرهایی مانند ارتعاش، کرنش، تنش و سایر پدیدههای فیزیکی، پاسخها و شرایط. این فرآیند به ارزیابیهای غیرمخرب کمک میکند که هدفشان شناسایی مکان و میزان آسیب، محاسبه عمر باقیمانده یک دارایی و پیشبینی حوادث احتمالی آینده است.
با ساخت و فرسودگی داراییهای حیاتی مانند پلها، سدها و تجهیزات، برای مالک یا اپراتور اطمینان از ایمنی و طول عمر این داراییها ضروری میشود. در حالی که آزمایش غیرمخرب یک روش استاندارد برای ارزیابی یکپارچگی سازه است، امکان محافظت و نظارت بر داراییها با استفاده از حسگرهای IoT به مالکان دارایی این فرصت را میدهد تا از طریق هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) ارزش استخراج کنند و پیامدهای مالی و عملیاتی ناشی از فرسودگی و نظارت دستی معمول را کاهش دهند. علاوه بر این، مالکان دارایی میتوانند سرمایهگذاری در نگهداری را بهصورت پیشبینیپذیر مدیریت کنند، زمان قطعی را به حداقل برسانند و از تعمیرات پرهزینه جلوگیری کنند یا آنها را با دقت برنامهریزی کنند.
ایده اصلی SHM جمعآوری دادهها از چندین حسگر نصبشده روی سازهها بهمنظور پردازش و درک اطلاعات مفید درباره وضعیت فعلی سازه برای اهداف نگهداری و ایمنی است. توانایی نظارت و ردیابی داراییهای حیاتی برای بهبود اثربخشی عملیاتی یکی از مهمترین روشهایی است که IoT میتواند برای مالک یا اپراتور دارایی ارزش ایجاد کند. حسگرها میتوانند در نقاط حیاتی سازه قرار گیرند و اطلاعات را از طریق شبکههای LPWAN، BLE Mesh یا 5G به ابر (Cloud) منتقل کنند. سیستم SHM دادههایی درباره تغییرات سازه ناشی از پیری مواد، عوامل محیطی یا آسیبهای تصادفی ارائه میدهد.
بهطور معمول، سیستمهای SHM به نظارت بر رطوبت، دما، شتاب، تنش کششی، تنش فشاری و تخریب مصالح ساختمانی اختصاص دارند. روشهای مورد استفاده غیرتهاجمی هستند و نیازمند نصب حسگرها در نقاط کنترلی مشخصشده توسط متخصصان هستند. اطلاعات حاصل از حسگرها با مدلهای ریاضی ترکیب میشود تا ایمنی سازه تعیین شود.
فهرست مطالب
عوامل محرک پذیرش اینترنت اشیا در نظارت بر سلامت سازهها (SHM)
نظارت بر سلامت سازهها بهدنبال شناسایی وجود احتمالی ریسک یا فرصت در یک دارایی زیرساختی است. این حوزه از یک موضوع مورد علاقه برای محققان به یک مورد تجاری تبدیل شده است، به دلیل گسترش حسگرها و قابلیتهای IoT. در ادامه، خلاصهای از چگونگی ایجاد ارزش توسط IoT در SHM برای مالکان دارایی ارائه میشود.
ایمنی و انطباق
استفاده گسترده از اصل پرداخت توسط کاربر به دلیل مشارکتهای عمومی-خصوصی در زیرساختهای حیاتی به این معناست که کاربران شایسته و قادر به مطالبه داراییهای ایمن و در دسترس هستند. با فرسودگی سازهها، نگرانیهای ایمنی افزایش مییابد. در حالی که تشخیص تخریب داخلی سازهها در گذشته دشوار بود، حسگرهای IoT اکنون امکان جمعآوری و تحلیل دادهها را فراهم میکنند و ایمنی و امنیت بیشتری را تضمین میکنند. اطلاعات دائمی و قابل اعتماد درباره سازه، ایمنی کاربران، آرامش خاطر و اعتبار ارائهدهنده را تضمین میکند.
علاوه بر این، پیادهسازی یک سیستم نظارت اجباری از طریق حسگرهای IoT که ممکن است برای داراییهای حیاتی مانند نیروگاههای هستهای توسط مقررات الزامی باشد، از نظر هزینه مقرونبهصرفه است و ایمنی را نشان میدهد.
IoT فراتر از تجسم در نظارت بر سلامت سازهها ارزش ارائه میدهد و با استخراج بینشها از طریق هوش مصنوعی (AI) در سرعت و مقیاس عظیم، پذیرش IoT را برای نظارت، امنیت و عملیات زیرساختی اجتنابناپذیر میکند.
نظارت مستمر بر سازه
حسگرهای IoT امکان نظارت مستمر و در زمان واقعی بر یک سازه را فراهم میکنند. این امر برای حفظ عملکرد مفید، عملکرد بهینه و امنیت اهمیت دارد. برنامهریزی نگهداری متمرکزتر میشود. نظارت مکمل روشهای موجود برای آزمایش و تشخیص است، مانند BeanAir، Roctest، SGS و Giatec. همچنین نظارت بر سازهها در مراحل ساخت، راهاندازی، بهرهبرداری، بازسازی، تغییر و حتی تخریب برای کشف بهموقع کاستیها، کاهش هزینههای بیمه و بهبود دسترسی به خدمات مهم است. برخی سازهها به دلیل رویکرد نوآورانه یا استفاده از مواد خاص ممکن است نیازمند نظارت باشند.
افزایش طول عمر سازهها
گاهی اوقات یک سازه به پایان عمر طراحیشده خود نزدیک میشود و نیاز است که ارزیابی شود آیا میتوان نگهداری پرهزینه را بدون به خطر انداختن تخریب سازه به تعویق انداخت. نظارت و تحلیل در زمان واقعی میتواند ذخایر سازهای مخفی را کشف کند که امکان تمدید کنترلشده عمر را فراهم میکند. علاوه بر این، با توجه به ملاحظات طراحی ذاتی، میتوان حاشیههای ایمنی عملیاتی را بهصورت کنترلشده افزایش داد بدون اینکه زیرساخت بیش از حد تحت فشار قرار گیرد. قابلیتهای عمر نهفته یا ظرفیت تحمل بار میتوانند در دسترس قرار گیرند و سودمندی دارایی را بهبود بخشند.
حسگرها همچنین میتوانند برای تشخیص و ردیابی تکامل یک نقص در سازه استفاده شوند، در حالی که بهطور همزمان پاسخ آن به رویدادهای تنش و شرایط محیطی ثبت میشود. با این اطلاعات، تصمیمگیرندگان میتوانند اقدامات آگاهانهای برای جلوگیری از بدتر شدن نقص انجام دهند، عمر دارایی را بهصورت ایمن افزایش دهند و خطر شکست را کاهش دهند.
بهینهسازی عملیات
یک سیستم مدیریت سازه متمرکز بسیار مهم است، بهویژه در مواردی که دارایی پیچیده است یا داراییهای متعددی درگیر هستند. ارائه تمام اطلاعات میدانی حیاتی درباره داراییهای مهم بهصورت یکپارچه، عملیات، نگهداری و تعمیر بهینه را بر اساس دادههای قابل اعتماد و عینی امکانپذیر میکند. رویکردهای مدرن مانند نگهداری بر اساس تقاضا امکانپذیر میشوند. آنلاین کردن سازههای فیزیکی امکان تویین دیجیتال (Digital Twinning) را فراهم میکند. دادههای میدانی قابل اعتماد به کنترل کیفیت و تضمین کیفیت در مراحل ساخت، بهرهبرداری، نگهداری و تعمیر کمک میکند و هزینههای پنهان کیفیت پایین و عدم انطباق را حذف میکند.
بهبود مستمر
جمعآوری دادهها دانش درباره سازه را افزایش میدهد و امکان طراحیهای سازهای نوآورانه و بهتر را در آینده فراهم میکند، بهویژه در مواردی که داراییهای مشابه باید در مقیاس بزرگتر مستقر شوند. حسگرها امکان بهینهسازی جنبههای طراحی و حذف بهموقع ضعفها را فراهم میکنند.
داراییهای متصل همچنین از طریق جمعآوری آسان دادهها مزایای تحقیقاتی را ارائه میدهند و از طریق شبیهسازی و انتشارات، رشد و انتقال دانش را امکانپذیر میکنند.
افزایش ارزش دارایی
دارایی که از فناوریهای پیشرو برای بهبود نتایج استفاده میکند، اعتبار و ارزش ادراکی بیشتری دارد. در مناطق مستعد بلایا، این میتواند برای مذاکره در مورد کاهش هزینههای بیمه و حتی مالیاتهای زیستمحیطی استفاده شود.
بازاریابی پیشرفتهای فنی
فناوری میتواند ابزاری برای نوآوری و جذب مشتریان جدید باشد، بهویژه برای سازمانهای آیندهنگر که به دنبال پیشرو ماندن در خود-اختلال هستند. زیرساختهای متصل قابلیت بازاریابی را بهبود میبخشند. در برخی موارد، استفاده از قابلیتهای IoT در یک پروژه میتواند پس از شکست یک دارایی، اعتماد عمومی را بازسازی کند، اطمینان عمومی را ایجاد کند و هیجان برای استفاده آینده ایجاد کند.
نتیجهگیری
عوامل اصلی محرک رشد بازار نظارت بر سلامت سازهها شامل سرمایهگذاریهای کلان برای SHM در صنایع مختلف، مقررات زیستمحیطی سختگیرانه مربوط به پایداری سازهها و کاهش هزینه حسگرهای IoT است که هزینه پذیرش در سیستمهای نظارت بر سلامت سازهها را کاهش میدهد. علاوه بر این، تکامل هوش مصنوعی (AI) و تویین دیجیتال (Digital Twinning) پذیرش IoT در SHM را بیش از پیش جذاب میکند.
منبع: iotforall