Systemy monitoringu konstrukcji kubaturowych i inżynierskich stosowane są w celu podniesienia bezpieczeństwa ich użytkowania oraz w celu ograniczenia kosztów związanych z odśnieżaniem (usuwanie śniegu i naprawy pokrycia dachowego po akcji odśnieżania).
W 2009 r. wprowadzono w Polsce zalecenie stosowania monitoringu w budynkach użyteczności publicznej. Dzięki zautomatyzowaniu pomiarów możliwe jest jednoczesne zbieranie wielu informacji na temat obciążeń i odpowiedzi konstrukcji na te obciążenia. Na tej podstawie dokonywana jest ocena parametrów bezpieczeństwa charakteryzujących wytężenie konstrukcji. Podstawowymi mierzonymi wielkościami są: obciążenia (np. śniegiem), odkształcenia (naprężenia) lub przemieszczenia (ugięcia). Pomiary prowadzone są w reprezentatywnych punktach lub obszarach konstrukcji.
Bezpośredni pomiar obciążenia śniegiem jest najprostsza formą monitoringu i jest wiarygodny tylko wówczas jeżeli ocenie podlega ciężar śniegu, który zmienia się w zależności od warunków klimatycznych i warunków panujących w obszarze zalegania śniegu (kształt dachu, wysokość na terenem, temperatura na powierzchni dachu, sąsiedztwo innych budynków, itp.). Istnieją zautomatyzowane metody pomiaru ciężaru śniegu, ale najczęściej pomiar ten jest wykonywany ręcznie, co wymaga wykonania serii pomiarów i jest nieefektywne. Problem ten rozwiązują systemy automatyczne, które poprzez pomiar innych wielkości dają ciągłą informację o odpowiedzi konstrukcji na takie obciążenie. Dla użytkownika istotna, bowiem jest informacja o poziomie bezpieczeństwa obiektu, a elementem (ale nie jedynym) tego bezpieczeństwa jest obciążenie.
Obciążenie śniegiem jest jednym z wielu obciążeń działających na konstrukcję i stanowi często niewielki ułamek obciążeń całkowitych. Przyrosty ugięć od tego obciążenia wynoszą najczęściej kilka lub kilkanaście milimetrów, co wymaga stosownej precyzji pomiarów. Pomiar przemieszczeń daje informację o ugięciu np. dźwigara dachowego, ale uzyskanie tej informacji wymaga dodatkowo pomiaru przemieszczeń wszystkich podpór. Założenie, że przemieszczenia podpór są jednakowe i ograniczenie w ten sposób liczby punktów pomiarowych może prowadzić do błędów. Przemieszczenia mierzone są najczęściej za pomocą metod geodezyjnych (tachimetrów, dalmierzy) lub za pomocą hydroniwelatorów, które nie są zbyt precyzyjne w odniesieniu do spodziewanych przemieszczeń. Dalmierze i tachimetry wymagają stałych punktów odniesienia, którym dla dalmierzy w obiektach kubaturowych jest najczęściej posadzka. Utrudnia to zmiany w aranżacji pomieszczeń, a elementy optyki muszą być okresowo czyszczone. Dostęp do czujników nie może być ograniczony, również w przypadku zastosowania zasilania czujników za pomocą baterii. Precyzyjny pomiar przemieszczeń możliwy jest za pomocą czujników indukcyjnych, ale rozwiązanie to jest kłopotliwe w instalacji w dużym obiekcie i wymaga stałego zasilania w celu zapewnienia ciągłości pomiarów.
W przypadku pomiarów odkształceń uzyskiwane są dużo większe dokładności. Pomiary te mogą być wykonywane za pomocą tensometrów, które jednak są nietrwałe i wymagają stałego zasilania tak jak czujniki indukcyjne. Wad tych nie mają czujniki strunowe (czujniki odkształceń mocowane w dwóch punktach, w których odkształcenia określane są na podstawie częstotliwości drgań wewnętrznej struny) i czujniki światłowodowe. Najstarsze działające czujniki strunowe mają obecnie ponad 30 lat.
Przykładem zastosowania czujników strunowych jest „SnowMonitor” firmy Neostrain dedykowany do określania poziomu bezpieczeństwa związanego z obciążeniem śniegiem. System składa się z czujników odkształceń (wyposażonych dodatkowo w czujniki temperatury), przekaźnika (zmieniającego sygnał z ekstensometrów na sygnał czytelny dla komputera) oraz komputera. Całość połączona jest okablowaniem, które służy do zasilania systemu i przesyłania sygnałów z czujników do przekaźników i do komputera. Dzięki tej technologii sygnały nie są zakłócane, a pomiary mogą odbywać się z dowolną częstotliwością nie ograniczoną żywotnością źródła zasilania. Możliwe są, zatem również pomiary w lecie. System wyposażony jest również we własne awaryjne zasilanie, pomimo, że brak zasilania nie powoduje utraty informacji.
Czujnik odkształceń grupowane są w punkty pomiarowe i obszary monitorowania. Obszary monitorowania z kolei lokalizowane są w reprezentatywnych miejscach dachu np. w miejscach zalegania śniegu. Odpowiednie rozplanowanie miejsc instalacji czujników umożliwia wykrycie obciążeń grawitacyjnych (np. śniegu, wody) i wyeliminowanie wpływów związanych z temperaturą lub wiatrem, co nie jest np. możliwe przy zastosowaniu pomiarów przemieszczeń. Ważną cechą sytemu jest sposób jego skalowania, który odbywa się w dwóch etapach: pierwotnie na podstawie obliczeń projektowych lub poprzez obciążenia próbne, a w drugim etapie zimą, na podstawie obciążenia śniegiem, co daje dużą pewność co do prawidłowości jego działania i umożliwia określenie progów alarmowych, które informują użytkownika o bezpieczeństwie związanym z obciążeniem śniegiem. Standardowo stosowane są trzy progi: pierwszy informuje o konieczności przygotowania się do odśnieżania, drugi próg wskazuje na konieczność podjęcia odśnieżania, a trzeci sugeruje konieczność opuszczenia budynku przez ludzi. Wszystkie informacje gromadzone są na dysku komputera i dostępne dla upoważnionych osób poprzez Internet.
Podsumowując należy uznać, że obecnie „SnowMonitor” stanowi najbardziej zaawansowany system monitoringu związany obciążeniami śniegiem.
dr inż. Roman Wróblewski