CN102317556A - 防止摩天大楼发生灾难的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过根据风压补偿摩天大楼的位移来防止灾难发生的系统和方法。用于防止摩天大楼发生灾难的所述系统包括：位移传感部，用于感测该摩天大楼的位移；以及位移补偿装置，用于在所感测的位移大于参考值的情况下，在重力方向拉该摩天大楼。

Description

防止摩天大楼发生灾难的系统和方法

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种防止摩天大楼发生灾难的系统和方法，更特别地涉及一种通过根据风压补偿摩天大楼的位移来防止灾难发生的系统和方法。 

背景技术

随着城市的发展，建造建筑物的土地变得稀缺，因此新的建筑物已高楼密集化。近来，全世界已建造了许多摩天大楼，并且未来将建造更多的摩天大楼。 

由于摩天大楼的高度很高，所以摩天大楼受到风，即，风压的显著影响。摩天大楼被设计成容许一定的风压。但是，由于这种设计是基于传统数据的，所以摩天大楼可能面临由于气候等原因导致的出现料想不到的强大风压的情况。 

因此，需要一种防止灾难发生的系统，尽管出现料想不到的强大风压，该系统也能够确保摩天大楼的安全。 

发明内容

技术问题 

本发明的目的在于提供一种防止灾难发生的系统和方法，用于在出现强大风压时补偿摩天大楼的位移，由此安全地保护摩天大楼免受风压的影响。 

技术方案 

在一个方面，本发明提供一种防止摩天大楼发生灾难的系统，包括： 位移传感部，用于感测该摩天大楼的位移；以及位移补偿装置，用于在所感测的位移大于参考值的情况下，在重力方向拉该摩天大楼。 

所述位移传感部包括：至少一个GPS部，设置于该摩天大楼，并用于通过与GPS卫星进行通信，检测根据该摩天大楼的摇摆该摩天大楼的位置；以及激光传感部，用于感测激光束。这里，从该摩天大楼的下层楼到上层楼形成一空间，并且该激光传感部感测从该空间中的激光部输出的激光束。 

所要求的该系统还包括：至少一个应力传感部，设置于该摩天大楼的几个部分，并用于感测根据该摩天大楼的摇摆该摩天大楼的应力/变形；以及中央管理部，用于从所述位移传感部和应力传感部接收所述位移传感部感测的结果和所述应力传感部感测的结果，根据接收的结果检测该摩天大楼的位移，并根据检测的位移控制所述位移补偿装置的运行。 

所述位移补偿装置通过使用液压方法在重力方向拉该摩天大楼，并且所述应力传感部是光纤布拉格光栅传感器。 

所述位移补偿装置包括：至少一个锚固结构物，从底层下方的空间形成到该底层上方的空间；以及液压系统，用于控制所述锚固结构物的每一个。该锚固结构物包括：锚线；固定部，用于将该锚线固定在该摩天大楼的上部分；液压缸；张力部，与该锚线连接，该张力部的一部分插入到该液压缸中。这里，根据该液压系统的控制，插入到该液压缸中的张力部在重力方向上或与重力方向相反的方向上移动。 

所述液压系统包括：液压箱，用于输送该液压缸中的液压液；液压泵，用于从该液压箱抽吸液压液；以及液压控制部，连接在该液压缸与液压泵之间，并用于控制由液压泵抽吸的液压液的流动。 

在另一方面中，本发明提供一种防止摩天大楼发生灾难的方法，包括：测量该摩天大楼根据风压的位移；以及在所测量的位移大于参考值的情况下，在重力方向拉该摩天大楼。 

所述测量位移的步骤包括：通过与GPS卫星进行通信，实时测量该摩天大楼的当前位置；通过从底层下方的空间输出到底层上方空间的激光束的接收位置，测量该摩天大楼的位移。 

所述方法还包括：通过使用应力传感部感测该摩天大楼的应力/变形。这里，根据所测量的位移和感测的应力/变形确定拉该摩天大楼的力。 

使用液压方法通过下移锚线拉所述摩天大楼。 

有益效果 

本发明的一种防止灾难发生的系统和方法在由于风压导致摩天大楼的位移，即，倾斜角大于参考值(角)的情况下自动补偿摩天大楼的该位移，由此可以安全地保护该摩天大楼免受风压的影响。 

特别地，由于该系统通过诸如GPS通信方法、激光传感方法、应力传感方法等各种方法检测摩天大楼的位移，因此尽管这些方法中的一部分方法有限，但是仍可准确地检测该摩天大楼的状态。 

附图说明

通过参照附图详细说明本发明的示例性实施例，本发明的示例性实施例将变得更加显而易见，在附图中： 

图1是示出根据本发明一个示例性实施例的用于防止摩天大楼发生灾难的系统的原理视图； 

图2和图3是示出根据本发明一个示例性实施例的检测摩天大楼的位移的过程的视图； 

图4是示出根据本发明一个示例性实施例的用于防止灾难发生的系统的框图； 

图5是示意性地示出根据本发明一个示例性实施例的位移补偿装置的视图； 

图6和图7是示出根据本发明一个示例性实施例的锚固结构物和液压 部的视图；以及 

图8是示出根据本发明一个示例性实施例的补偿摩天大楼的位移的方法的流程图。 

具体实施方式

因此，尽管本发明可以有各种修改和替换形式，但是在附图中以实例的形式显示本发明的特定实施例，并且这里将对这些特定实施例进行详细说明。然而，应理解的是，此意并不是将本发明限制于所公开的特殊形式，相反，本发明覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替换物。在附图的所有描述中，相同的附图标记表示相同的元件。 

应理解的是，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，此元件可以直接连接或耦合到另一元件，或者存在介于此元件和该另一元件之间的中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，则不存在中间元件。其他用于描述元件间关系的术语应以同样的方式理解(如，“之间”与“直接之间”，“相邻”与“直接相邻”等等)。 

此处使用的术语仅是为了说明特定的实施例，并不意在对本发明的限制。除非上下文清楚地指明外，此处使用的单数形式“一个”和“此”也包括复数形式。还可以理解的是，当在此处使用词语“包括”和/或“包含”是特指存在所描述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件时，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件、和/或其群组。 

除非另有定义，此处使用的所有的术语(包括技术术语和科技术语)的含义为本发明所属领域的普通技术人员所公知的含义。还可以进一步理解的是，这些术语，如在公用的字典中定义的这些术语，应该解释为具有与其在相关领域上下文中的含义一致的含义，除非在此处明确的限定，否则不能以 理想化或过于形式的意义进行解释。 

下面将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。 

图1是示出根据本发明一个示例性实施例的用于防止摩天大楼发生灾难的系统的原理视图。 

如图1中所示，由于摩天大楼100具有很高的高度，因此该摩天大楼随风102，即，风压前后摇摆或左右摇摆。也就是，摩天大楼100的位移改变。这里，摩天大楼100在低风压的情况下不会面临危险，但是在由于全球变暖造成诸如台风等料想不到的强大风压的情况下会面临危险。 

因此，本实施例的防止灾难发生的系统检测摩天大楼100的位移(例如，倾斜角)，并且在检测到的位移大于参考值的情况下补偿摩天大楼100的位移。例如，如图1中所示，在摩天大楼100受高风压而向右方向104倾斜的情况下，防止灾难发生的系统控制摩天大楼100向与右方向104(摆动方向)相反的方向106移动。在本发明的一个实施例中，该系统通过拉摩天大楼100，即，在重力方向上施加张力以在相反的方向106(期望的方向)上移动摩天大楼100。结果，尽管出现高风压，但是摩天大楼100不会严重摆动(具有小位移变化)，因此其安全性可以增加，并且在大楼里的人不会面临危险。下面将参照附图详细说明补偿摩天大楼100的位移的过程。 

随后将详细说明在补偿摩天大楼100的位移之前执行的检测位移(倾斜角)的过程。 

图2和图3是示出根据本发明一个示例性实施例的检测摩天大楼的位移的过程的视图。 

在检测位移的第一方法中，本实施例的系统使用如下GPS系统检测摩天大楼100的位移。 

在图2(A)中，用于GPS通信的多个GPS部200可以设置在摩天大楼100的几个位置。例如，所述多个GPS部200可以设置在摩天大楼100 的几个角处，如图2(B)所示。 

多个GPS部200的每一个与GPS卫星(未示出)通信，并且通过GPS卫星检测其坐标。由于所述多个GPS部200设置在如图2(A)和图2(B)中所示的摩天大楼100的几个位置，所以这些GPS部200形成一个网络。结果，在检测到所述GPS部200的当前坐标的情况下，本实施例的系统可以通过检测到的当前坐标来检测摩天大楼100的总位置变化。换句话说，该系统可以通过GPS部200的位置变化来检测位移，即，摩天大楼100的倾斜角。 

GPS部200的每一个将检测到的当前坐标发送到如下面描述的中央管理部。该中央管理部通过发送的坐标检测摩天大楼100的位移。 

但是，如果不能执行GPS通信或者GPS部200具有低接收率，则难以使用通过GPS通信检测摩天大楼100的位移的方法。 

因此，本发明的系统还提供一种使用激光以及GPS通信方法来检测摩天大楼100的位移的方法。 

现在参照图2(A)，在摩天大楼100内部形成特定空间202。该空间202的结构和布置可以有各种变化，只要激光束302能够从空间202的下部分被传送到空间202的上部分。 

激光部位于空间202的下部分，并且向空间202的上部分输出激光束302。也就是，激光部向空间202中的上部分输出激光束302，如图3中所示。由于激光传感部300设置在空间202的上部分，例如上部分的顶端，所以系统通过激光传感部300接收到的激光束302的位置可以检测摩天大楼100的位移。例如，在摩天大楼100未摇摆的情况下，激光束302入射到激光传感部300的中心，如图3(A)中所示，但是在摩天大楼100依风压摇摆的情况下，激光束302入射到激光传感部300的中心之外的点，如图3(B)中所示。因此，用于防止灾难发生的系统通过入射点的偏离可以检测摩天大楼的位移。 

在本发明的另一实施例中，激光部可以位于空间202的上部分，而激光传感部300可以位于空间202的下部分。换句话说，激光部和激光传感部300等的位置可以有各种变化，只要该系统可以使用激光束302检测摩天大楼100的位移。 

图2示出空间202从地面形成到顶部。但是，空间202的结构可以有各种变化，只要该系统可以使用激光束302检测摩天大楼100的位移。例如，空间202从摩天大楼100的中部可以延伸至顶部。考虑到建造摩天大楼100的过程，理想的是空间202从地面形成到顶部。 

简言之，本实施例的用于防止灾难发生的系统使用GPS通信方法和激光检测方法来检测摩天大楼100的位移。这里，该系统可以同时使用GPS通信方法和激光传感方法，或者仅使用GPS通信方法和激光传感方法之一。 

在本发明的另一实施例中，用于防止灾难发生的系统在摩天大楼100内部设置三个第一通信设备，在摩天大楼100外部设置三个第二通信设备，并且通过三角测量法检测摩天大楼100的位移。也就是，可以使用各种方法，只要它们能够检测摩天大楼100的位移。 

在风压影响摩天大楼100的情况下，摩天大楼100摆动，并且摩天大楼100的几个部分发生变形。因此，本实施例的系统还可以使用用于感测变形(应力)的应力传感器。 

具体地，可以在摩天大楼100的几个部分设置应力传感器，例如光纤传感器(特别是具有不受电磁干扰的高灵敏度的光纤布拉格传感器，其中在一个光纤中包括多个光栅)，用于通过因外部条件导致的波长变化来感测应力。应力传感器感测摩天大楼100随风压的应力，并将感测结果发送到中央管理部。该中央管理部分析发送的结果，由此检测摩天大楼100的总应力(变形)。 

在本发明的一个实施例中，本发明的系统综合与摩天大楼100的几个 部分的应力相关的信息，并用颜色显示综合结果。例如，摩天大楼100发生严重变形的那部分用红色显示，摩天大楼100发生微小变形的那部分用蓝色显示。结果，管理员可以容易地捕获摩天大楼100的状态。 

如上所述，本发明的系统通过各种方法检测摩天大楼100的位移(倾斜角)和总应力。在本发明的一个实施例中，该系统可以通过3D图像显示检测到的位移，从而管理员容易地捕获检测到的位移，并且在3D图像中用颜色显示摩天大楼100的总应力。 

图4是示出根据本发明一个示例性实施例的用于防止灾难发生的系统的框图。 

在图4中，本实施例的系统设置于摩天大楼100，并且包括至少一个GPS部200、激光传感部300、至少一个光纤布拉格光栅传感器400、中央管理部402和位移补偿装置404。 

GPS部200通过与GPS卫星通信来检测当前坐标，并将检测的结果利用无线或有线通信发送至中央管理部402。 

激光传感部300感测从激光部输出的激光束，并将感测的结果利用无线或有线通信发送至中央管理部402。 

光纤布拉格光栅传感器400作为应力传感器(应力测量部)通过光的波长变化来感测摩天大楼100的应力，并将感测的结果通过光纤、无线通信或有线通信发送至中央管理部402。这里，光纤布拉格光栅传感器400使用光纤光栅(短周期光纤光栅、长周期光纤光栅、啁啾光纤光栅、等)感测应力，并且通常设置在摩天大楼100的混凝土中。光纤布拉格光栅传感器400的数量和位置可以根据管理员的目的进行各种修改。 

中央管理部402综合从GPS部200、激光传感部300和光纤布拉格光栅传感器400发送的结果(信息)，基于综合结果检测摩天大楼100的当前状态，并向管理员提供摩天大楼100的状态。理想的是，中央管理部402通过3D图像显示摩天大楼100的状态，并且利用颜色显示由光纤布拉格 光栅传感器400感测的应力。结果，管理员可以容易快速地捕获摩天大楼100的状态，并且可以补偿摩天大楼100的位移或者修补由于严重应力而被确定为是危险的补偿摩天大楼100的部分。 

例如，在摩天大楼100的位移大于参考值的情况下，中央管理部402控制位移补偿装置404，由此在重力方向上拉摩天大楼100。这里，控制过程可以是由管理员手动执行，或者考虑到用于防止灾难的系统的特点，可以由中央管理部402自动执行。 

此外，中央管理部402可以位于摩天大楼100中，或者位于摩天大楼100外部。理想的是，鉴于管理目的，中央管理部402位于摩天大楼100中。 

位移补偿装置404根据中央管理部402的控制补偿摩天大楼100的位移。例如，在由于高风压导致摩天大楼100的位移(倾斜角)大于参考值(参考倾斜角)的情况下，位移补偿装置404在重力方向上拉摩天大楼100。随后，在摩天大楼的位移随风力变弱而因此变成小于参考值的数值的情况下，位移补偿装置404取消拉力。 

下面将参照附图详细说明位移补偿装置404的详细结构和运行过程。 

图5是示意性地示出根据本发明一个示例性实施例的位移补偿装置的视图。 

如图5中所示，在摩天大楼100的位移大于参考值的情况下，本实施例的防止灾难发生的系统使用位移补偿装置404在重力方向上拉摩天大楼100。 

在本发明的一个实施例中，位移补偿装置404包括锚固结构物500a至500f。当该系统补偿位移时，该系统控制锚固结构物500a至500f，使得锚固结构物500a至500f中的一些锚固结构物在如图5中所示的重力方向上拉摩天大厦100。例如，在摩天大厦100因风压向右方向倾斜的情况下，该系统控制锚固结构物500a至500f，使得锚固结构物500a至500f 中仅左侧的锚固结构物500a至500c在重力方向上拉摩天大楼100。 

另一方面，由于摩天大楼100具有各种结构，所以可以依照摩天大楼100的结构适当设计锚固结构物的位置、数量等。 

下面将详细说明锚固结构物500。 

图6和图7是示出根据本发明一个示例性实施例的锚固结构物和液压部的视图。 

锚固结构物500具有图6(A)中所示的上部分和图6(B)中所示的下部分。这里，锚固结构物500的上部分位于摩天大楼100的底层的上方，并且锚固结构物500的下部分位于摩天大楼100的底层的下方。 

下面将详细说明锚固结构物500的上部分和下部分。 

锚固结构物500的上部分的顶部(上固定部)600，即，上固定部具有图6中所示的结构，并且可以设置在摩天大楼100的“A”部分上(如图5中所示)。上固定部600的形状和设置方法可以有各种变化，只要锚固结构物500通过上固定部600固定到摩天大楼100并且锚固结构物500能够在重力方向拉摩天大楼100。 

锚固结构物500的上固定部600通过锚索602与锚固结构物500的下部分连接。这里，锚索602包括用于施加应力的锚线610以及用于保护锚线610的套管612，如图6(B)中所示。 

在图7中，锚索602延伸到摩天大楼100的底层下方与张力部704连接。 

张力部704在插入到液压缸700中的条件下根据油压向上或向下移动。也就是，张力部704起到活塞的作用，并且可以由例如PC钢筋构成。 

液压缸700中包括液压液702，并且张力部704用作活塞随液压液702的运动而上升或下降。 

下固定部706连接到液压缸700的下部分。这里，下固定部706插入地下，并且支撑锚固结构物500。 

换句话说，锚固结构物500包括从下部分顺序设置的下固定部706、液压缸700、张力部704、锚索602和上固定部600。锚固结构物500通过下固定部706和上固定部600固定到摩天大楼100，并且张力部704变化以补偿摩天大楼100的位移。具体地，在防止灾难发生的系统在重力方向上拉摩天大楼100以补偿摩天大楼100的位移的情况下，该系统控制锚固结构物500，以便液压缸700中的液压液702向下流动，从而张力部704在重力方向上移动。结果，锚索602的锚线610在重力方向被拉，因此摩天大楼100在重力方向被拉。 

下面将详细说明向锚固结构物500提供张力的方法。 

现在参照图7，液压缸700通过运输管与液压控制部714、液压泵712和液压箱710连接。 

液压箱710存储液压液702。 

液压泵712与液压箱714连接，并且抽吸液压液702。 

液压控制部714调节液压泵712抽吸的液压液702，然后将液压液702输送至液压缸700。特别地，液压控制部714可以由中央管理部402直接控制。 

阀门716控制液压液702，使得从液压控制部714输送的液压液702在期望的方向上流动，并且该阀门716例如可以是电磁阀。具体地，在重力方向上移动张力部704的情况下，阀门716控制液压液702，使得液压液702从液压缸700上方输送，如图7中所示。相反，在与重力方向相反的方向上移动张力部704时，阀门716控制液压液702，使得液压液702从液压缸700的下方输送。 

排水阀718控制液压箱710与液压缸700之间的液压液702。例如，由于在液压液702从液压缸700上方输送时张力部704在重力方向移动，所以排水阀718控制液压液702，使得在液压缸700下方存在的液压液702流至液压箱710。 

简言之，本实施例的防止灾难发生的系统在重力方向拉摩天大楼100以补偿摩天大楼100的位移，由此安全地控制该摩天大楼100。特别地，在防止灾难发生的系统通过测量摩天大楼100的倾斜角来确定补偿摩天大楼100的位移的情况下，该系统可以自动控制液压系统，而无需管理员的命令。 

在上述说明中，防止灾难发生的系统使用液压方法来补偿摩天大楼100的位移。但是，该系统可以使用其他补偿方法，例如使用电动机的方法等。 

图8是示出根据本发明一个示例性实施例的补偿摩天大楼的位移的方法的流程图。 

在图8中，中央管理部402收集从GPS部200、激光传感部300和应力测量部(光纤布拉格光栅传感器)400发送的信息，并且通过在步骤S800中收集的信息测量摩天大楼100随风压的位移，例如倾斜角。 

在步骤S802中，中央管理部402检测测量的倾斜角是否大于参考角。 

在测量的倾斜角小于参考角的情况下，再次执行步骤S800。也就是，由于摩天大楼100不会因大风而面临危险，因此中央管理部402持续监控风压，无需补偿摩天大楼100的位移。 

不过，在测量的倾斜角大于参考角的情况下，在步骤S804中，中央管理部402通过分析收集的信息来检测摩天大楼100的位移(倾斜角)、方向和应力等，以补偿摩天大楼100的位移。 

在步骤S806中，中央管理部402根据检测结果选择所述锚固结构物500中的一些锚固结构物，对其施加张力。 

在步骤S808中，所选择的锚固结构物按照中央管理部402的控制，在重力方向上拉摩天大楼100，由此补偿摩天大楼100的位移。这里，张力可以随风压而变化。此外，所述多个锚固结构物的张力可以是相同的或者不同的。 

在步骤S810中，中央管理部402通过从GPS部200、激光传感部300和应力测量部400收集的信息来测量摩天大楼100的位移，例如倾斜角，并且检测所测量的倾斜角是否小于参考角。 

在所测量的倾斜角大于参考角的情况下，由于风对摩天大楼100造成影响，所以持续执行步骤S808。 

不过，在所测量的倾斜角小于参考角的情况下，在步骤S812中，与张力有关的锚固结构返回到初始条件。也就是，用于在重力方向拉摩天大楼100的锚固结构500取消张力。 

工业应用性 

本发明仅参考附图所图示的实施例进行说明，但这只是示例性的实施例，所属技术领域的普通技术人员应该了解从本发明可以有多种变形，修改，添加的其他实施例。因而，这些变形，修改，添加应该都属于本发明所要保护的范围。 

Claims (10)

1.一种用于防止摩天大楼发生灾难的系统，该系统包括：

位移传感部，用于感测该摩天大楼的位移；以及

位移补偿部，用于在所感测的位移大于参考值的情况下，在重力方向拉该摩天大楼。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述位移传感部包括：

至少一个GPS部，设置于该摩天大楼，并用于通过与GPS卫星进行通信，检测根据该摩天大楼的摇摆该摩天大楼的位置；以及

激光传感部，用于感测激光束，

其中从该摩天大楼的下层楼到上层楼形成一空间，并且该激光传感部感测从该空间中的激光部输出的激光束。

3.如权利要求1所述的系统，还包括：

至少一个应力传感部，设置于该摩天大楼的几个部分，并用于感测根据该摩天大楼的摇摆该摩天大楼的应力/变形；以及

中央管理部，用于从所述位移传感部和应力传感部接收所述位移传感部感测的结果和所述应力传感部感测的结果，根据接收的结果检测该摩天大楼的位移，并根据所述检测的位移控制所述位移补偿装置的运行。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述位移补偿装置通过使用液压方法在重力方向拉该摩天大楼，并且所述应力传感部是光纤布拉格光栅传感器。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述位移补偿装置包括：

至少一个锚固结构物，从底层下方的空间形成到该底层上方的空间；以及

液压系统，用于控制所述锚固结构物的每一个，

其中该锚固结构物包括：

锚线；

固定部，用于将该锚线固定在该摩天大楼的上部分；

液压缸；

张力部，与该锚线连接，该张力部的一部分插入到该液压缸中；

其中根据该液压系统的控制，插入到该液压缸中的张力部在重力方向上或与重力方向相反的方向上移动。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述液压系统包括：

液压箱，用于输送该液压缸中的液压液；

液压泵，用于从该液压箱抽吸液压液；以及

液压控制部，连接在该液压缸与液压泵之间，并用于控制由液压泵抽吸的液压液的流动。

7.一种防止摩天大楼发生灾难的方法，该方法包括：

测量该摩天大楼根据风压的位移；以及

在所测量的位移大于参考值的情况下，在重力方向拉该摩天大楼。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述测量位移的步骤包括：

通过与GPS卫星进行通信，实时测量该摩天大楼的当前位置；以及

通过从底层下方的空间输出到底层上方空间的激光束的接收位置，测量该摩天大楼的位移。

9.如权利要求7所述的方法，还包括：

通过使用应力传感部感测该摩天大楼的应力/变形，

其中根据所测量的位移和感测的应力/变形确定拉该摩天大楼的力。

10.如权利要求7所述的方法，其中使用液压方法通过下移锚线拉所述摩天大楼。

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