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历史保护建筑有了“数字化大管家”,上海徐汇区用它保护红色建筑

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解放日报·上观新闻记者最近从上海徐汇住房保障和房屋管理局获悉,一种建筑安全管理智慧系统将应用于永嘉路291弄中共江苏省委机关旧址、复兴西路147号柯灵故居等红色建筑和历史保护建筑,利用数字化技术为这类建筑的安全保驾护航。完成试点项目后,这种由上海建材集团节能环保科技有限公司、上海交通大学、上海市计算技术研究所合作的系统有望在全市推广应用。

围绕城市更新涉及的建筑维护和保护主题,去年3月,徐汇住房保障和房屋管理局、市历史建筑保护事务中心、上海交大上海市公共建筑与基础设施数字化运维重点实验室、建材集团节能环保科技公司等10家单位签署了战略合作框架协议,在建筑维护和改造、数字化运维、城市建筑和工程设施智慧运维、城市更新等领域开展合作,进行创新性研究、技术应用、工程实施和人才培养。

如何对历史保护建筑实施数字化管理?上海交大船舶海洋与建筑工程学院副院长杨健介绍,三方产学研合作开发出一个智慧化物联网系统,能有效监测老建筑的倾斜、开裂、过载等结构异常情况,擅自敲墙、装修、改变外立面等违规使用情况以及其他导致建筑损伤的灾害情况。

这个系统由5个部分组成,已在武康大楼2019年修缮工程中试用。

上海市优秀历史建筑——武康大楼  蒋迪雯摄

第一部分是信息感知子系统,通过在历史保护建筑上安装多种传感器,及时感知到建筑的振动、位移、裂缝、变形等情况。图像采集装置则能对敲墙、改变外立面等违规使用现象明察秋毫。

第二部分是物联网传输子系统,将传感器采集到的信息通过物联网传输协议,传输到安装在老建筑里的本地服务器,由服务器对数据进行初步清洗和压缩。经过处理的数据,再传到云端。“物联网传输不占用通信网络的带宽,功耗低、待机时间长,能大幅降低系统的运行成本。”杨健解释说。

安装在历史保护建筑上的信息感知子系统

数据传输到云端分析子系统后,经过机器学习训练的算法将对老建筑的大数据进行分析。过去没有采用机器学习技术时,数据分析会出现较大误差。比如对于建筑振动的分析数据来自加速度传感器,过去采用阈值预警方案,只要加速度传感器采集到的数据超过某个阈值域,系统就会发出预警,提醒管理部门楼宇振动异常。但其实一些时候,并不是需要预警的振动异常,而是传感器接口松动、车辆驶过楼宇、居民使用洗衣机等其他情况造成的。

针对这些情况,科研团队采集了大量与建筑振动有关的历史数据,并按照造成振动的不同来源,对大数据进行分类,再用分类大数据对分析系统进行训练。经过这种机器学习,科研团队开发出一套能精准分析建筑振动原因的算法,误报率、漏报率较传统技术方案大幅降低。

第四和第五部分分别是可视化管理子系统、快速响应和管控子系统。前者已在武康大楼投入使用,这座船型建筑的应力、应变、振动、风压、倾斜角、温度、湿度等数据,在屏幕上一目了然。后者可接入政府“一网统管”系统,让有关部门及时了解辖区内各个历史保护建筑的安全情况。

用于武康大楼的城市建筑安全监测可视化平台

建材集团节能环保科技公司透露,三方产学研合作团队将把数字孪生技术应用于历史保护建筑,进一步提升安全管理智慧系统的智能化水平。所谓数字孪生,是以数字化形式对物理实体的过去和目前的行为或流程进行动态呈现。这种主要应用于制造业的技术,有望让建筑保护更有预见性。杨健表示:“我们会将BIM(建筑信息模型)的静态数据与建筑安全管理智慧系统的动态数据相结合,打造与一幢幢历史保护建筑对应的‘数字孪生建筑’,通过它们预测实体建筑的变化趋势。”

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