前言
弦支穹顶结构是一种新型的大跨度空间结构，它很好地结合了索穹顶结构和单层网壳结构的优点。将索穹顶结构的上部索网改为单层网壳，使结构在成形前具有一定刚度。索杆体系为网壳提供支撑，各构件之间的协同作用使结构的总应力保持在较低水平，使大跨度架设更具优势。但弦支穹顶结构存在设计复杂（数字化建造），施工要求高，维护成本高等挑战。弦支穹顶等大跨度空间结构在受到设计缺陷、施工不当或极端事件的影响时，会导致结构的一些关键部位发生初始失效。破坏结构若不能重新形成一个有效的力传递路径，将导致结构的损伤传播和整个结构的倒塌。这就是大跨度空间网架结构的连续倒塌。因此，弦支穹顶等大跨度空间结构需要有效的测量方法避免结构连续倒塌的风险，推进大跨度空间结构更长寿，更低维护成本。
东视传感技术团队研究出测量弦支穹顶结构倒塌变形数据的实验方法，可为大跨度建筑结构可靠性评估提供可靠的实验数据。采用东视传感多相机实时三维位移应变测量仪，准确捕捉拉索过程和渐进式倒塌过程的三维位移数据，支持弦支穹顶结构的抗倒塌设计进而提升安全性与经济性，为大型公共建筑提供可靠保障。
测量系统的位置
弦支穹顶结构
技术方案
弦支穹顶结构的渐进倒塌过程是一种空间位移，类似多米诺骨牌的坍塌，仅测量单一方向的位移不足以分析结构的失效模式。传统的立体视觉系统无法实现空间结构的圆周变形测量。
东视传感技术团队利用无人机辅助的近景摄影测量和多相机立体数字图像相关技术，对悬索穹顶结构的索力和渐进倒塌过程进行研究。基于近景摄影测量原理，对由数码单反相机和安装在无人机上的相机重建的三维点进行配准，并建立全局坐标系。在拉索过程中，使用由并行计算增强的立体数字图像相关系统实时监测局部结构的位移，并利用实时监测数据精确控制拉索过程。然后，使用无人机测量拉索后上部控制点的全场静态位移。最后，通过由 12 台高速相机组成的多相机立体数字图像相关系统实现对结构的渐进式倒塌位移监测，并将 12 个子系统的坐标系统一到已建立的全局坐标系中。
使用摄影测量技术统一全局坐标
摄影测量路径规划
多相机三维数字图像相关测量仪由多个三维数字图像相关测量系统组合而成，每一套子系统均只拍摄被测物体的局部表面。多个三维数字图像相关测量系统测量的形貌、位移和应变等结果通过外部参数相连接，最后统一在世界坐标系中，因此多相机三维数字图像相关测量仪测量的关键是系统参数的标定。
DIC应变测量系统的位移灵敏度高于 0.05 毫米，符合设计指标。基于无人机和近景摄影测量，可以准确测量拉索前后节点的静态位移，直接反映了拉索前后结构的整体变形趋势。无人机辅助的近景摄影测量和DIC应变测量系统准确捕捉了拉索过程和渐进式倒塌过程的三维位移数据，支持弦支穹顶结构的抗倒塌设计进而提升安全性与经济性，为大型公共建筑提供可靠保障。这些数据的精确测量对于工程应用、模型试验以及数值分析都具有重大价值。
测量结果及工程应用价值
DIC应变测量系统的位移灵敏度高于 0.05 毫米，符合设计指标。基于无人机和近景摄影测量，可以准确测量拉索前后节点的静态位移，直接反映了拉索前后结构的整体变形趋势。无人机辅助的近景摄影测量和DIC应变测量系统准确捕捉了拉索过程和渐进式倒塌过程的三维位移数据，支持弦支穹顶结构的抗倒塌设计进而提升安全性与经济性，为大型公共建筑提供可靠保障。这些数据的精确测量对于工程应用、模型试验以及数值分析都具有重大价值。
在张拉施工中，索力的测量结果与监测点的位移情况
张拉后节点位移的测量结果
配重节点高度分布：（a）张拉前 （b）张拉后
DIC应变测量系统具有以下优势：非接触式测量；全场实时测量；无需现场标定；多相机全景测量。DIC应变测量系统正在为大跨度建筑结构可靠性评估带来革命性的变革。它不仅提供了前所未有的测试能力，还大大提高了测试的效率和精确度。随着技术的不断成熟和应用范围的扩大，DIC有望成为大跨度建筑结构可靠性评估中不可或缺的工具，为结构的抗倒塌设计、测试和验证提供更加全面和可靠的数据支持。
弦支穹顶结构倒塌实验