结构健康监测市场 – 全球行业规模、份额、趋势、机遇和预测，按产品（硬件、软件和服务）、按技术（有线、无线）、按最终用途（民用基础设施、航空航天和国防、能源、采矿）、按地区和竞争，2019 年至 2029 年预测

市场概览

全球结构健康监测市场在 2023 年的估值为 20 亿美元，并有望实现强劲增长，预计到 2029 年的复合年增长率 (CAGR) 为 14.6%。结构健康监测 (SHM) 市场涵盖土木工程和基础设施管理更广泛领域内的一个专业领域，专注于持续评估和监测结构完整性和性能。SHM 系统利用各种传感器、数据采集技术和分析工具来检测、评估和预测建筑物、桥梁、水坝、隧道和其他关键基础设施资产的结构健康状况。SHM 系统的关键组件包括能够测量应变、位移、温度、振动和腐蚀等参数的传感器。这些传感器策略性地安装在结构内或结构上，以捕获有关结构行为和环境条件的实时数据。数据采集单元收集传感器数据并将其传输到中央处理系统，在那里，先进的算法和分析工具分析信息以评估结构健康状况并识别潜在问题或异常。

关键市场驱动因素

越来越重视基础设施的安全性和弹性：

推动全球结构健康监测 (SHM) 市场发展的主要驱动因素之一是更加注重提高全球基础设施的安全性和弹性。桥梁、水坝、高速公路和建筑物等老化的土木结构需要持续监测，以评估其结构完整性并降低与潜在故障相关的风险。政府、工程公司和基础设施运营商越来越多地投资于先进的 SHM 系统，以实时监控关键资产。这些系统提供了有关结构状况的宝贵数据，可实现主动维护和及时干预，以防止发生灾难性事件。

城市化进程加快、城市中心人口密度增加以及保护公共安全的需要推动了对基础设施安全的重视。桥梁倒塌和基础设施故障等重大事故凸显了实施强大的 SHM 解决方案的重要性。通过部署先进的传感器、监控技术和数据分析，利益相关者可以确保尽早发现结构问题、优化维护计划并延长基础设施资产的使用寿命。

监管框架和标准要求定期检查和评估基础设施资产，以符合安全法规。SHM 技术在满足这些要求方面发挥着关键作用，它为明智的决策提供了准确可靠的数据。随着世界各国政府将基础设施抵御自然灾害、气候变化影响和老化基础设施的能力作为优先事项，对全面 SHM 解决方案的需求持续增长，推动了市场扩张。

传感器技术和物联网集成的进步：

传感器技术的发展和物联网 (IoT) 功能的集成是塑造全球 SHM 市场的重要驱动力。传感器通过捕获应变、温度、振动和腐蚀等参数的实时数据，在监测结构行为方面发挥着至关重要的作用。传感器小型化、无线通信和能源效率方面的最新进展使得传感器能够在具有挑战性的环境和偏远地区部署，从而扩大了 SHM 应用的范围。

物联网集成通过实现传感器、云平台和决策工具之间的无缝连接和数据交换来增强 SHM 系统。支持物联网的 SHM 解决方案有助于持续监控、预测分析和对关键基础设施数据的远程访问。此功能使利益相关者能够检测异常、预测潜在故障并主动优化维护策略。

智能基础设施计划、智慧城市和建筑和交通等行业的数字化转型的激增推动了支持物联网的 SHM 解决方案的采用。这些解决方案可以实时监控基础设施的健康状况，提高运营效率，并支持资产管理和生命周期规划的数据驱动决策。随着组织寻求利用物联网技术来提高基础设施的性能和可靠性，对配备传感器网络和物联网功能的先进 SHM 解决方案的需求持续增长。

基础设施开发投资不断增长：

全球基础设施开发项目的投资不断增加，推动了对结构健康监测 (SHM) 解决方案的需求。政府、私营部门实体和国际组织正在分配大量预算来现代化老化的基础设施、建设新资产，并提高抵御自然灾害和气候变化影响的能力。 SHM 系统在确保这些基础设施投资的长期耐用性、安全性和运营效率方面发挥着至关重要的作用。

桥梁、隧道、铁路、机场和建筑物等大型基础设施项目需要全面监测，以评估结构健康状况、监测施工阶段并验证设计假设。SHM 技术为利益相关者提供了有关结构性能的宝贵见解，从而实现了主动维护、及时维修和高效的项目管理。通过将 SHM 集成到基础设施项目中，从开始到运营，利益相关者可以降低风险、优化资源配置并确保遵守监管标准。

对智慧城市和可持续基础设施计划的投资强调了实时监测城市基础设施资产的重要性。配备先进传感器、数据分析和预测建模功能的 SHM 解决方案通过增强基础设施弹性、改善服务交付和最大限度地减少环境影响来支持智慧城市目标。随着经济增长、城市化趋势和环境挑战推动全球基础设施投资不断增加，对可提高基础设施性能和使用寿命的创新 SHM 技术的需求依然强劲。

主要市场挑战

实施的复杂性和成本：

实施 SHM 系统通常涉及大量复杂性和成本。安装传感器、建立数据采集系统以及将监控软件集成到现有基础设施中可能在技术上具有挑战性且在财务上要求很高。复杂性源于各种类型的结构（例如桥梁、水坝、建筑物），每种结构都需要量身定制的监控解决方案。此外，由于可访问性问题和与现有基础设施的兼容性问题，使用 SHM 技术改造旧结构会增加成本和复杂性。

应对这一挑战需要创新的解决方案，以简化安装流程、降低硬件成本并提高不同监控系统之间的互操作性。 SHM 提供商、基础设施所有者和监管机构之间的协作对于制定标准化指南和最佳实践至关重要，以便在不同类型的基础设施中经济高效地实施。

数据管理和解释：

管理和解释 SHM 系统生成的大量数据带来了重大挑战。传感器不断收集结构行为数据，包括振动、应变、温度和环境条件。庞大的数据量和多样性需要强大的数据存储解决方案、高效的数据传输协议和高级分析工具来进行实时监控和预测分析。

有效的数据管理涉及解决来自多个传感器的数据融合等问题，确保数据完整性和可靠性，以及建立数据隐私和安全协议。解释数据以提取可操作的见解需要信号处理、机器学习和结构工程方面的专业知识，而这些专业知识可能稀缺且部署成本高昂。

SHM 市场参与者正在投资人工智能驱动的分析平台和基于云的解决方案，以增强数据处理能力并促进远程监控和分析。行业利益相关者共同努力开发标准化数据格式和协议，将进一步推动该领域的发展并克服数据管理挑战。

主要市场趋势

物联网和人工智能技术的融合：

影响全球结构健康监测市场的重要趋势之一是物联网 (IoT) 和人工智能 (AI) 技术的融合。物联网能够在桥梁、建筑物和水坝等结构上部署传感器和执行器，收集有关结构行为、环境条件和运行参数的实时数据。人工智能算法会分析这些数据以检测异常、预测潜在故障并优化维护计划。

这一趋势是由基础设施管理中对预测性维护和主动风险管理的需求所驱动的。通过利用物联网和人工智能，利益相关者可以增强决策过程、延长资产寿命并降低维护成本。此外，边缘计算的进步使得传感器层面的实时数据处理成为可能，从而能够立即响应关键事件并最大限度地减少停机时间。

SHM 市场的领先公司正在开发人工智能驱动的分析平台，将机器学习模型与传感器数据相结合，以提供有关结构健康状况的可行见解。这些解决方案使工程师和资产经理能够实施有针对性的维护策略，确定维修优先级，并确保基础设施资产的安全性和可靠性。

随着物联网和人工智能技术的不断发展，它们与 SHM 系统的集成有望推动基础设施监控的创新和效率，使预测性和数据驱动的维护实践成为整个行业的标准。

无线传感器网络的采用：

全球 SHM 市场的另一个主要趋势是广泛采用无线传感器网络 (WSN) 来监测结构健康状况。传统的有线传感器系统正在被 WSN 取代，因为它们具有可扩展性、成本效益和易于安装在现有结构上的特点。这些网络能够持续监测结构参数，例如振动、应变、温度和腐蚀，而无需大量布线。

WSN 的部署增强了大型基础设施的数据收集能力，提供了对结构性能和状况随时间变化的全面洞察。传感器技术的进步，包括小型化和电池寿命的延长，促进了 WSN 在恶劣和偏远环境中的应用扩展。

无线连接允许将实时数据传输到集中监控平台或基于云的分析系统。此功能使利益相关者能够同时监控多个结构，检测早期恶化迹象，并及时实施干预措施以防止结构故障。

SHM 市场的领先供应商正在开发集成了高级分析工具的强大 WSN 解决方案，以实现持续监控和预测性维护。这些系统具有可扩展性，可以适应复杂的基础设施网络，并支持与现有监控框架的互操作性。

随着基础设施所有者和运营商寻求具有成本效益且可扩展的监控解决方案，WSN 在 SHM 市场中的采用预计将增长，从而推动对创新传感器技术和数据管理平台的需求，以优化资产性能和安全性。

关注可持续和弹性基础设施：

可持续和弹性基础设施发展正在成为影响全球 SHM 市场的重要趋势。政府、工程公司和基础设施开发商越来越多地优先考虑能够增强环境可持续性、抵御气候变化影响和提高社区复原力的项目。

SHM 技术在支持这些举措方面发挥着关键作用，它提供了对可持续基础设施解决方案（如绿色建筑、可再生能源结构和弹性城市基础设施）的性能和耐用性的洞察。通过监测结构稳定性、能源效率和环境影响等参数，利益相关者可以优化设计标准、评估长期可持续发展目标并确保符合绿色建筑标准和法规。

SHM 系统通过监测材料降解、碳足迹和运营效率，为可持续基础设施的生命周期管理做出贡献。实时数据分析有助于制定主动维护策略、优化资源和生命周期成本管理，符合可持续发展原则并提高项目成果。

领先的 SHM 提供商正在将环境传感器、支持物联网的设备和预测分析集成到他们的解决方案中，以支持可持续基础设施项目。这些创新使得实时监测环境条件、能源消耗模式和结构健康指标成为可能，使利益相关者能够做出明智的决策，优先考虑环境管理和社区福祉。

随着全球举措专注于实现可持续发展目标和建设弹性基础设施，SHM 技术的整合将继续扩大，推动环境监测、能源效率和可持续城市发展的市场增长和创新。

细分洞察

提供洞察

硬件部门在 2023 年占据了最大的市场份额。传感器、数据采集系统和监控设备等硬件组件对于实施结构健康监测系统至关重要。这些组件在收集有关建筑物、桥梁、水坝、管道和其他基础设施的结构完整性、性能和状况的实时数据方面发挥着至关重要的作用。嵌入结构中的传感器可检测应变、振动、温度和腐蚀等参数的变化，从而提供有关潜在结构问题或损坏的宝贵见解。硬件设备的可靠性和准确性对于确保 SHM 系统的有效性至关重要。先进的传感器和监测设备能够在较长时间内捕获精确的测量值，使工程师和利益相关者能够评估结构行为并就维护、维修或改造策略做出明智的决策。这种能力在安全、运营效率和资产寿命至关重要的行业中尤为重要。

传感器技术和材料科学的不断进步提高了 SHM 硬件的性能和耐用性。现代传感器能够承受恶劣的环境条件，包括极端温度、腐蚀性大气和高冲击环境，而不会影响数据质量或系统可靠性。这种稳健性对于在全球各种环境和应用中部署 SHM 解决方案至关重要。监管要求和行业标准通常要求在关键基础设施中安装 SHM 硬件，以确保符合安全准则和操作标准。政府、基础设施所有者和工程公司越来越认识到投资 SHM 硬件作为主动维护和风险管理策略的一部分的价值，旨在最大限度地减少停机时间、降低结构故障风险并延长基础设施资产的使用寿命。

区域见解

北美地区在 2023 年占据了最大的市场份额。北美受益于强大的基础设施格局，包括桥梁、水坝、高速公路和建筑物等庞大的老化土木结构网络。随着人们对基础设施安全的担忧日益增加，对先进监测解决方案的需求也日益增长，以评估结构完整性并降低与潜在故障相关的风险。结构健康监测系统提供有关结构状况的实时数据，从而能够及时维护和主动管理基础设施资产。这种能力在北美尤为重要，因为北美优先考虑基础设施的弹性和公共安全。

该地区拥有高度发达的技术部门和大量专门从事 SHM 解决方案的关键行业参与者。总部位于北美的公司，包括主要的传感器、监测软件和数据分析服务提供商，引领着 SHM 技术创新。这些创新包括先进的传感器技术、无线通信系统和预测分析功能，可提高结构监测数据的准确性和可靠性。

北美受益于大量研发投资，这些投资得到了学术机构、政府机构和私营企业之间合作的支持。这些合作伙伴关系推动了 SHM 的技术进步，促进了针对基础设施监测特定挑战的新方法、算法和监测技术的开发。

北美的监管框架通过规定严格的安全标准和对关键基础设施的定期结构评估来促进 SHM 解决方案的采用。遵守这些法规需要部署先进的监测系统，以便全面了解结构健康和性能。此外，该地区积极主动地将物联网 (IoT) 和云计算等数字技术融入基础设施监测，进一步增强了 SHM 系统的功能。这些技术可以实现实时数据收集、分析和远程监控，使资产管理人员和工程师能够做出明智的决策并优化维护策略。

最新发展

• 2024 年 5 月，总部位于韩国泗川市的著名飞机和机身部件制造商韩国航空工业公司 (KAI) 聘请位于美国加利福尼亚州桑尼维尔的 Acellent Technologies Inc. 提供结构健康监测 (SHM) 系统。这些系统用于监测 KAI KF-21 战斗机中使用的复合结构的完整性和性能。

主要市场参与者

• Campbell Scientific、 Inc.
• COWIA/S
• SGS SA
• AcellentTechnologies, Inc.
• Kinemetrics Inc.
• DigitexxData Systems, Inc.
• RSTInstruments Ltd.