ArchiSense Building Monitoring System

Проекты: Система мониторинга зданий ArchiSense

ArchiSense — это комплексное решение для мониторинга технического состояния конструкций (SHM), разработанное Романом Власовым для постоянной оценки целостности зданий и инфраструктуры. Его основная цель — предоставлять в реальном времени «диагноз» состояния конструкции, сочетая высокоточные сенсоры с встроенным программным обеспечением для сбора и анализа данных. Система была протестирована на пяти объектах в Москве и Подмосковье — жилые, коммерческие, промышленные здания и автомобильный мост — что демонстрирует её универсальность для различных типов конструкций. На каждом объекте ArchiSense собирала данные с сенсоров в реальном времени для долгосрочного анализа тенденций и выявления аномалий, обеспечивая раннее предупреждение о потенциальных проблемах. Этот опыт многосайтового тестирования подтверждает, что ArchiSense — зрелая, готовая к эксплуатации система, адаптированная для международного использования.

Архитектура системы

ArchiSense использует многоуровневую IoT-архитектуру, которая объединяет локальные датчики с централизованной обработкой данных. На уровне объектов распределённые сенсорные узлы (проводные или беспроводные) устанавливаются на конструктивные элементы для измерения таких параметров, как деформация, вибрация, температура и уровень газа. Данные с этих узлов собираются прочными измерительными контроллерами (например, модульными устройствами сбора данных) и передаются через коммуникационную сеть. Система поддерживает беспроводные сенсорные сети (WSN) и стандартные промышленные протоколы, что соответствует передовым практикам современного мониторинга в строительстве. Собранные данные отправляются (по Wi-Fi, Ethernet или сотовым каналам) на центральный сервер или облачную платформу, где они хранятся, визуализируются и анализируются. Такая архитектура следует отраслевым рекомендациям, что «передача данных, автоматические тревоги и анализ, полные журналы, а также удалённая диагностика и управление являются неотъемлемой частью работы систем мониторинга».

Программная платформа ArchiSense реализует логику для мониторинга в реальном времени и интеграции с цифровыми моделями. Система может связывать потоки данных с датчиков с информационной моделью здания (BIM) или цифровым двойником конструкции, обеспечивая актуальное цифровое представление. На практике это означает, что ArchiSense может передавать измерения в 3D-модель здания: например, если тензодатчик на балке сообщает о необычной нагрузке, эта точка данных отображается на соответствующем элементе модели. Объединяя данные с датчиков с BIM, ArchiSense позволяет заинтересованным сторонам «подключать данные в реальном времени к BIM-моделям» и эффективнее управлять информацией SHM. Такая интеграция поддерживает обслуживание по фактическому состоянию и улучшает процесс принятия решений на протяжении всего жизненного цикла здания.

Комплект сенсоров

ArchiSense использует высококачественные немецкие сенсоры от различных производителей для фиксации различных физических явлений. Основные типы сенсоров включают:

• Датчики деформации и силы конструкции (HBM): резистивные и волоконно-оптические тензодатчики и датчики силы от HBM измеряют деформацию и напряжение в несущих элементах. Сенсоры HBM разработаны специально для SHM-приложений и могут быть подключены к их модулям сбора данных QuantumX. Использование высокоточных тензодатчиков гарантирует выявление малейших изменений нагрузки или прогиба.
• Датчики вибрации и ориентации (Bosch): трёхосевые MEMS-акселерометры и гироскопы от Bosch Sensortec используются для измерения динамических движений, вибраций и наклона. Эти инерциальные MEMS-датчики обеспечивают низкое энергопотребление и высокое разрешение данных по ускорению, что позволяет фиксировать колебания или смещения конструкции. Комбинируя данные с нескольких осей, ArchiSense может определять резонансные режимы конструкции или выявлять необычные раскачивания.
• Датчики окружающей среды (Siemens): датчики для автоматизации зданий от Siemens измеряют параметры окружающей среды. Например, устройства Siemens SITRANS HVAC контролируют температуру, влажность, давление воздуха и качество воздуха в помещениях. Эти не требующие обслуживания сенсоры (датчики влажности/CO₂, температурные зонды и др.) гарантируют, что параметры среды остаются в пределах проектных норм. Siemens отмечает, что их сенсоры обеспечивают «надёжную и точную работу» в системах HVAC в течение многих лет. В системе ArchiSense такие данные помогают увязывать поведение конструкции с изменениями окружающей среды.
• Датчики безопасности и газа (SICK): для защиты людей и оборудования ArchiSense может интегрировать детекторы химических веществ и частиц. Оптические датчики SICK используются для обнаружения газа, дыма или контроля качества воздуха. Эти сенсоры (например, семейство SICK CEMS) способны выявлять опасные вещества или отслеживать уровень пыли в промышленных зонах. Благодаря добавлению надёжных модулей от SICK, ArchiSense выходит за рамки мониторинга конструктивных нагрузок и охватывает общую безопасность объекта.

Каждый сенсор относится к промышленному классу и откалиброван для долговечной работы. В системе обычно используются паяные или прочные разъёмы и экранированные кабели (для проводных подключений) либо надёжные радиочастотные каналы (для беспроводных узлов). Сенсоры и контроллеры подбираются согласно передовым практикам: например, тензодатчики — для статических напряжений, а акселерометры — для динамических откликов. Это гарантирует, что ArchiSense собирает наиболее релевантные данные с минимальными избыточностями.

Сбор данных и подключение

В основе ArchiSense лежит высокопроизводительная система сбора данных. На объекте используются модули сбора данных серии QuantumX и PMX от HBM в качестве многоканальных регистраторов данных. Эти устройства одновременно и с высокой синхронизацией считывают сигналы с датчиков (деформация, нагрузка, ускорение и т. д.). QuantumX специально упоминается как идеальное решение для мониторинговых приложений. Модульная конструкция позволяет измерять десятки каналов и смешанных типов сигналов в одной системе. Данные с этих модулей сбора данных снабжаются временными метками и затем передаются на сервер ArchiSense.

Для подключения ArchiSense использует сеть из проводных и беспроводных каналов. Критически важные измерения конструкций могут передаваться по проводному Ethernet или LoRaWAN для надёжности, тогда как вторичные датчики окружающей среды могут использовать беспроводные протоколы (Zigbee или проприетарные радиоканалы в ISM-диапазоне) для гибкости. Выбранная архитектура следует принципу, что «сбор информации о состоянии объектов и зданий в реальном времени — эффективный способ управления строительными операциями», а беспроводные сенсорные сети (WSN) практичны для удалённого мониторинга. Шлюзы ArchiSense агрегируют данные с беспроводных датчиков и шифруют их перед отправкой по TCP/IP или сотовым сетям. Сервер обрабатывает входящие потоки, поднимает тревогу при превышении порогов и ведёт исторические журналы.

Логика автоматических тревог встроена в программный уровень, чтобы любая аномалия сразу вызывала уведомление (по e-mail/SMS или через панель мониторинга). Как отмечает HBM, современный мониторинг невозможен без «автоматических тревог и анализа… удалённой диагностики». ArchiSense соответственно позволяет настраивать оповещения по состоянию: например, если измеренный прогиб превышает заданный лимит или частоты вибраций неожиданно меняются, инженеры получают сигнал для осмотра. Система поддерживает как локальные серверы на объекте, так и облачные развертывания с безопасными веб-интерфейсами для удалённого доступа. Вся коммуникация (особенно от датчиков до сервера) использует шифрование и избыточность для обеспечения надёжной работы в условиях активного строительства.

Программное обеспечение и аналитика

Программное обеспечение ArchiSense, полностью разработанное компанией Webis Group, включает компоненты базы данных, аналитики и пользовательского интерфейса. Оно реализует передовые алгоритмы для обработки многовариантных данных с сенсоров. Основные аналитические функции включают:

• Датчики безопасности и газа (SICK): для защиты людей и оборудования ArchiSense может интегрировать детекторы химических веществ и частиц. Оптические датчики SICK используются для обнаружения газа, дыма или контроля качества воздуха. Эти сенсоры (например, семейство SICK CEMS) способны выявлять опасные вещества или отслеживать уровень пыли в промышленных зонах. Благодаря добавлению надёжных модулей от SICK, ArchiSense выходит за рамки мониторинга конструктивных нагрузок и охватывает общую безопасность объекта.
• Анализ временных рядов и визуализация: данные отображаются на временных графиках и накладываются на структурные схемы (например, показывая деформацию на каждой колонне или амплитуду вибраций на плане этажа). Истории и тренды можно интерактивно запрашивать и анализировать.
• Выявление аномалий (машинное обучение): ArchiSense может применять модели машинного обучения для обнаружения отклонений от нормального поведения. Например, сверточные нейронные сети (1D CNN) показали способность «автономно извлекать и обучаться значимым признакам из необработанных сигналов ускорения» для выявления структурных аномалий. Хотя точные алгоритмы ArchiSense являются проприетарными, они следуют общей тенденции использования ML для отказа от ручного создания признаков и выявления скрытых закономерностей в данных с датчиков. Программное обеспечение также может запускать модели на основе деревьев или ансамблей для прогнозирования потребностей в обслуживании; такие модели известны тем, что хорошо сбалансированы по вычислительным затратам и точности в SHM-приложениях.
• Интеграция с цифровым двойником: структура данных спроектирована для взаимодействия с BIM-платформами и цифровыми двойниками. Благодаря связыванию живых данных с 3D-моделью ArchiSense фактически создаёт цифровой двойник конструкции в реальном времени, аналогично концепции Building Twin от Siemens. Это позволяет проводить долгосрочный анализ производительности и сравнение с проектными моделями. Исследования подтверждают, что подключение потоков данных от сенсоров к BIM повышает эффективность мониторинга — «связывание элементов SHM-систем, таких как сенсоры, с внешними источниками... для мониторинга состояния строительных элементов». На практике управляющие зданиями могут просматривать текущие напряжения или температуры на виртуальной схеме здания, повышая осведомлённость о ситуации.

• Программное обеспечение также поддерживает открытые стандарты данных и предоставляет API для интеграции. Инструменты автоматизированной отчётности формируют отчёты о техническом обслуживании и экспортируют данные для облачной аналитики. Все модули ПО спроектированы с учётом масштабируемости, так что добавление сотен сенсоров или развёртывание на нескольких объектах не снижает производительность системы.

Полевые развертывания и примеры проектов

ArchiSense продемонстрировал свою эффективность на самых разных объектах. В пилотных проектах в Московском регионе он осуществлял непрерывный мониторинг: многоэтажного жилого дома, офисной башни, производственного цеха и автомобильного моста. Эти испытания показали адаптивность ArchiSense: например, тензодатчики под критически важными балками на заводе отслеживали нагрузки от оборудования, а акселерометры на мостовом полотне фиксировали вибрационные паттерны, вызванные движением транспорта. Выбор немецких сенсоров и надёжных модулей сбора данных обеспечивал стабильное получение информации даже в суровом климате Москвы.

Эти реальные кейсы соответствуют лучшим практикам SHM. Например, непрерывный мониторинг моста — как реализует ArchiSense — заменяет дорогостоящие периодические инспекции и даёт ежедневные данные вместо ежемесячных визитов на объект. Широко признано, что «наличие актуальной информации о состоянии конструкций… важно для раннего выявления тревожных признаков ухудшения». На одном мостовом объекте ArchiSense выявил тонкие тенденции в напряжении на опорах, что позволило провести профилактическое обслуживание, подтвердив его роль как системы раннего предупреждения. Аналогично, в промышленном здании резкие изменения влажности и температуры были связаны с изменениями деформации, что иллюстрирует ценность сочетания мониторинга окружающей среды и конструкций.

Во всех развертываниях ArchiSense работал непрерывно с минимальным временем простоя, а его аналитические модули успешно фильтровали ложные срабатывания (например, игнорировали безвредные температурные колебания, но фиксировали реальные скачки нагрузок). Эффективность системы соответствует задокументированным приложениям в гражданском строительстве: непрерывный SHM рекомендуется для «кратко- и долгосрочного мониторинга мостов, туннелей, зданий… [с] измерением прикладываемых нагрузок и прогнозом срока службы». ArchiSense достигает этих целей, записав годы данных для анализа жизненного цикла конструкций.

ArchiSense — это технически выверенное, комплексное решение для мониторинга зданий, готовое к международному применению. Оно использует тщательно подобранный набор промышленных сенсоров (HBM, Bosch, Siemens, SICK) и индивидуальное программное обеспечение для предоставления точных данных о конструктивных и экологических условиях в реальном времени. Его архитектура — распределённые сенсоры, модульные модули сбора данных (например, HBM QuantumX), надёжные сети и передовая аналитика — следует передовым принципам SHM. Важно, что ArchiSense делает упор на надёжность и интеграцию, а не на рекламные уловки: система не содержит непроверенных «фишек», а реализует проверенные методы (беспроводной мониторинг, оповещения по состоянию, интеграция с BIM) в единой платформе. Продемонстрировав надёжную работу на нескольких зданиях и мосту, ArchiSense зарекомендовал себя как зрелый цифровой инструмент в строительстве, готовый помогать архитекторам, инженерам и управляющим объектами в проактивном обслуживании зданий — без преувеличений.

Ссылка на бренд:
🌐 Официальный сайт ArchiSense Building Monitoring

Период работы: январь 2018 — 2025.

Projects: ArchiSense Building Monitoring System

ArchiSense is a comprehensive structural health monitoring (SHM) solution developed by Roman Vlasov for continuously assessing the integrity of buildings and infrastructure. Its core goal is to provide a real-time “diagnosis” of a structure’s condition by combining a variety of high-precision sensors with embedded data acquisition and analysis software. The system has been field-tested on five sites in Moscow and the surrounding region – spanning residential, commercial, industrial facilities, and a road bridge – demonstrating its versatility across diverse structural types. In each deployment, ArchiSense collected live sensor data for long-term trend analysis and anomaly detection, ensuring early warning of potential issues. This multi-site experience validates ArchiSense as a mature, production-ready system tailored for international use.

System Architecture

ArchiSense employs a layered IoT architecture that integrates on-site sensing with centralized data processing. At the field level, distributed sensor nodes (wired or wireless) are installed on structural elements to measure parameters such as strain, vibration, temperature and gas levels. Data from these nodes are collected by rugged measurement controllers (e.g. modular data acquisition units) and transmitted over a communication network. The system supports wireless sensor networks (WSNs) and standard industrial protocols, reflecting best practices in modern construction monitoring. Collected data are sent (via Wi-Fi, Ethernet, or cellular links) to a central server or cloud platform where the data are stored, visualized, and analyzed. This design follows industry recommendations that “data transmission, automatic alarms and analysis, comprehensive logs as well as remote diagnostics and control are indispensable for operating monitoring systems”.

ArchiSense’s software platform implements the logic for real-time monitoring and integration with digital models. The system can link live sensor streams to a Building Information Model (BIM) or digital twin of the structure, providing an up-to-date digital representation. In practice, this means ArchiSense can feed measurements into a 3D building model: for example, if a strain gauge on a beam reports an unusual load, that data point is visualized on the corresponding element in the model. By combining sensor data with BIM, ArchiSense enables stakeholders to “connect real-time data in BIM models” and manage SHM information more effectively. This integration supports condition-based maintenance and improves decision-making throughout the building lifecycle.

Sensor Suite

ArchiSense uses high-quality German sensors from multiple vendors to capture different physical phenomena. Key sensor types include:

• Structural Strain and Force Sensors (HBM): Resistive and fiber-optic strain gauges and force transducers from HBM measure deformation and stress in load-bearing elements. HBM’s sensors are designed for SHM applications and can be coupled with their QuantumX data acquisition modules The use of high-accuracy strain gauges ensures that minute changes in load or deflection are detected.
• Vibration and Orientation Sensors (Bosch): Triaxial MEMS accelerometers and gyroscopes from Bosch Sensortec are deployed to measure dynamic motion, vibrations, and tilt. These MEMS inertial sensors provide low-power, high-resolution acceleration data, enabling detection of oscillations or shifts in the structure. By combining data from multiple axes, ArchiSense can characterize structural resonance modes or detect unusual sway.
• Environmental Sensors (Siemens): Building-automation sensors from Siemens measure ambient conditions. For example, Siemens SITRANS HVAC devices monitor temperature, humidity, air pressure, and air quality in indoor spaces. These maintenance-free sensors (humidity/CO₂ gauges, temperature probes, etc.) ensure the monitored environment is within design limits. Siemens notes that their sensors deliver “reliable, accurate performance” for years in HVAC systems. In ArchiSense, such data helps correlate structural behavior with environmental changes.
• Safety and Gas Sensors (SICK): To protect occupants and equipment, ArchiSense can integrate chemical and particulate detectors. SICK optical sensors (e.g. gas analyzers and dust monitors) are used for gas detection, smoke, or air-quality monitoring. These sensors can detect hazardous substances (CO, NOx, etc.) or monitor dust levels in industrial areas. By adding SICK’s robust sensing modules, ArchiSense extends beyond structural loads to overall facility safety.

Each sensor is industrial grade and calibrated for durability. The system typically uses soldered or rugged connectors and shielded cabling (where wired), or secure RF links (for wireless nodes). Sensors and controllers are selected according to best practices: for example, strain gauges for static stress and accelerometers for dynamic response. This ensures that ArchiSense collects the most relevant data with minimal redundancy.

Data Acquisition and Connectivity

Central to ArchiSense is a high-performance data acquisition backbone. On-site, HBM’s QuantumX and PMX series DAQ modules are used as multi-channel data loggers. These units sample sensor signals (strain, load, acceleration, etc.) simultaneously and with tight synchronization. QuantumX is specifically cited as an ideal DAQ solution for monitoring applications. The modular design allows dozens of channels and mixed signal types to be measured in one system. Data from these DAQ units are time-stamped and then forwarded to the ArchiSense server.

For connectivity, ArchiSense employs a mesh of wired and wireless links. Critical structural measurements may use wired Ethernet or LoRaWAN for reliability, while secondary environmental sensors may use wireless protocols (Zigbee or proprietary ISM band radios) for flexibility. The chosen architecture follows the principle that “collecting real-time information of facilities, buildings... is an effective way for managing construction operations”, and that WSNs are practical for remote sensing. ArchiSense gateways aggregate the wireless sensor data and encrypt it before sending over TCP/IP or cellular networks. The server processes incoming streams, raises alerts if thresholds are crossed, and maintains historical logs.

Automatic alarm logic is built into the software layer so that any anomaly triggers an immediate notification (e-mail/SMS or dashboard alert). As HBM notes, today’s monitoring is incomplete without “automatic alarms and analysis... remote diagnostics”. ArchiSense accordingly enables condition-based alerts: for example, if measured deflection exceeds a configured limit or vibration frequencies shift unexpectedly, engineers are alerted for inspection. The system supports both on-premise local servers and cloud deployment, with secure web interfaces for remote access. All communication (especially sensor-to-server) uses encryption and redundancy to ensure reliable operation in active construction environments.

Software and Analytics

The ArchiSense software, developed entirely by Webis Group, comprises database, analytics, and user-interface components. It implements advanced algorithms for processing the multivariate sensor data. Key analytic features include:

• Safety and Gas Sensors (SICK): To protect occupants and equipment, ArchiSense can integrate chemical and particulate detectors. SICK optical sensors are used for gas detection, smoke, or air-quality monitoring. These sensors (such as the SICK CEMS family) can detect hazardous substances or monitor dust levels in industrial areas. By adding SICK’s robust sensing modules, ArchiSense extends beyond structural loads to overall facility safety.
• Time-series Analysis and Visualization: Data are plotted against time and overlaid on structural diagrams (e.g. showing strain on each column or vibration amplitude on a floor plan). Histories and trends can be queried interactively.
• Anomaly Detection (Machine Learning): ArchiSense can apply machine-learning models to detect deviations from normal behavior. For example, convolutional neural networks (1D CNNs) have been shown to “autonomously extract and learn meaningful features from raw acceleration signals” for structural anomaly detection. While ArchiSense’s exact algorithms are proprietary, they follow this trend of using ML to avoid manual feature engineering and to catch subtle patterns in sensor data. The software can also run tree-based or ensemble models to predict maintenance needs; such models are known to balance computational cost and accuracy in SHM applications.
• Digital Twin Integration: The data framework is designed to interface with BIM/digital twin platforms. By linking the live data into a 3D model, ArchiSense effectively creates a real-time digital twin of the structure, akin to Siemens’ Building Twin concept. This allows long-term performance analysis and comparison against design models. Studies confirm that connecting live sensor streams to BIM enhances monitoring – “linking elements of SHM systems such as sensors with external sources... for monitoring states of building elements”. In practice, building managers can view current stresses or temperatures on a virtual building plan, improving situational awareness.
• The software also supports open data standards and provides APIs for integration. Automated reporting tools generate maintenance reports and export data to cloud analytics. All software modules were engineered with scalability in mind, so that adding hundreds of sensors or deploying across multiple sites does not degrade performance.

Field Deployments and Case Studies

ArchiSense has been proven on diverse structures. In Moscow-region pilot projects, it continuously monitored: a multi-story residential building, an office tower, a manufacturing hall, and a highway bridge. These tests showed ArchiSense’s adaptability: for example, strain gauges under critical beams in the factory tracked equipment-induced loads, while accelerometers on the bridge deck detected traffic-induced vibration patterns. The choice of German sensors and robust DAQ ensured reliable data despite Moscow’s harsh climate.

These real-world cases follow SHM best practices. For instance, continuous bridge monitoring – as ArchiSense does – replaces costly periodic inspections and provides daily data instead of monthly site visits. It is widely recognized that “having updated information on structural condition… is important to early detect any worrying signs of decline”. In one bridge installation, ArchiSense detected subtle trends in bearing stress that prompted preventive maintenance, thus validating its early-warning role. Similarly, in an industrial building, sudden shifts in humidity and temperature were correlated with strain changes, illustrating the value of combined environmental and structural sensing.

Over all deployments, ArchiSense operated continuously with minimal downtime, and its analytics successfully filtered false alarms (e.g. ignoring benign temperature drift while flagging true load spikes). The system’s performance aligns with documented civil engineering applications: continuous SHM is recommended for “short and long-term monitoring of bridges, tunnels, buildings… [with] measurement of the applied loads and lifetime prediction”. ArchiSense meets these goals, having recorded years of data for life-cycle analysis.

ArchiSense is a technically rigorous, end-to-end building-monitoring solution ready for international adoption. It leverages a carefully chosen set of industrial sensors (HBM, Bosch, Siemens, SICK) and custom software to provide precise, real-time insights into structural and environmental conditions. Its architecture – distributed sensors, modular DAQ (e.g. HBM QuantumX), robust networking and advanced analytics – follows state-of-the-art SHM principles. Crucially, ArchiSense emphasizes reliability and integration over hype: the system has no untested gimmicks but instead implements proven methods (wireless sensing, condition-based alerts, BIM linkage) in a cohesive platform. Having demonstrated reliable operation on multiple buildings and a bridge, ArchiSense stands as a mature digital construction tool, ready to assist architects, engineers and facility managers in proactive building maintenance without exaggeration.

Brand Links:
🌐 Official ArchiSense Building Monitoring website

Employment period: January 2018 — 2025.