CN102607644B - 一种建筑施工监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于建筑技术领域，提供了一种建筑施工监测系统及其监测方法，所述建筑施工监测系统包括：布设于目标监测楼层的传感器单元，由若干温度传感器和若干应变传感器组成的，用于测量建筑物结构的温度荷载和应变；布设于目标监测楼层的竖向位移测量单元，用于测量建筑物结构的整体竖向位移大小；布设于目标监测楼层若干采集单元，与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接，用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据；主机，用于输出所述采集单元采集的测量数据。本发明实现了实时在线连续监测，通过监测结果评估结构在施工过程中的安全性，监测人员可根据监测结果相应的调整施工偏差，保证了结构的施工精度满足规范要求。

Description

一种建筑施工监测系统及其监测方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种建筑施工监测系统及其监测方法。

背景技术

目前的建筑施工监测多用于桥梁、隧道、大跨结构，但对于超高层建筑的施工监测较少，现有的超高层建筑施工监测方式多为人工定期离线监测，即在超高层建筑中局部重要部位布设传感器进行监测，采集的数据信息储存在缓存中，人工定期使用外部设备从缓存中读出数据后再进行分析。

上述施工监测方式存在以下几点不足：

第一，受建筑规模及工期限制，以往超高层建筑施工监测周期较短，仅对局部构件进行监测，监测点相对较少，数据缺乏完整性，代表性不强。

第二，采用人工定期离线监测，其监测内容及监测效率无法满足实时在线连续监测的需要，无法及时、全面地获取结构施工过程中的响应信息，以致监测效率低，无法及时、全面的获取结构施工过程中的响应信息，不能很好的对超高层建筑施工加以指导。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种建筑施工监测系统，旨在利用高自动化高效率的监测架构及时、全面地获取结构施工过程中的响应信息，以使监测人员通过监测数据对施工模拟计算进行验证和修正。

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种建筑施工监测系统的监测方法，旨在根据现场施工特点，及时、全面地获取结构施工过程中的响应信息，通过监测数据对施工模拟计算进行验证和修正。

本发明是这样实现的，一种建筑施工监测系统，包括：

布设于目标监测楼层的传感器单元，由若干温度传感器和若干应变传感器组成的，用于测量建筑物结构的温度荷载和应变；

布设于目标监测楼层的竖向位移测量单元，用于测量建筑物结构的整体竖向位移大小；

布设于目标监测楼层的若干采集单元，与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接，用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据；

主机，用于输出所述采集单元采集的测量数据；

所述若干采集单元分为多个采集子站；在每个采集子站中，与所述主机距离最近的采集单元作为采集主站，其余的采集单元作为采集分站；

所述采集主站与所述主机连接，用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据并将采集到的测量数据输出至所述主机；

所述采集分站用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据，并将采集到的测量数据通过所述采集主站输出至所述主机。

进一步地，所述采集单元和所述主机均内置有无线传输模块，所述采集单元和所述主机之间通过所述无线传输模块传送测量数据。

进一步地，所述主机用于显示测量数据的变化趋势。

进一步地，所述主机用于在所述温度传感器的测量数据持续无变化时判断所述温度传感器失效，并输出判断结果。

进一步地，所述主机用于在测量数据超出预设的阈值时，触发报警。

进一步地，所述温度传感器和所述应变传感器的接头采用防水封装。

进一步地，所述采集单元具有一壳体，壳体内设置有：

与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接的采集仪；

与所述采集仪连接的数据格式转换模块，用于将所述采集仪采集到的测量数据进行格式转换；

无线传输模块，用于将所述数据格式转换模块转换格式后的测量数据以无线的方式传输至所述主机；

电源模块，用于为所述采集仪、所述数据格式转换模块、所述无线传输模块供电。

进一步地，作为采集分站的采集单元的电源端与作为采集主站的采集单元的电源端连接。

本发明提供的建筑施工监测系统的监测方法包括如下监测步骤：

步骤A，在建筑物的目标监测楼层施工前后，以第一采样频率对目标监测楼层在线连续监测；

步骤B，在施工间断期间，以第二采样频率对目标监测楼层在线连续监测，所述第二采样频率低于所述第一采样频率。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、实现了实时在线连续监测，通过监测结果评估结构在施工过程中的安全性，监测人员可根据监测结果相应的调整施工偏差，保证了结构的施工精度满足规范要求。

（2）验证和修正施工全过程模拟结果，完善施工全过程模拟技术。

附图说明

图1是本发明实施例提供的建筑施工监测系统的架构原理图；

图2是图1所示架构图中采集单元与主机之间的通信原理图；

图3是图1所示架构图中采集单元的一种结构图；

图4是图1所示架构图中采集单元一种组织结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的建筑施工监测系统主要应用于15层以上的超高层建筑，结合超高层建筑特点，主要对温度荷载、应变力和竖向位移三方面进行监测。其中，温度测点布设时需考虑季节温差、日照温差等因素影响，并能反映结构竖向及水平向不均匀温度场的分布规律，布设在梯度变化较大的位置，例如可确定目标监测楼层在竖直方向和水平方向上温度变化大于预设的温度差阈值的位置为温度荷载监测点，例如第3层到第4层的温度梯度变化满足上述条件，即可将第4层确定为温度荷载监测点。应变监测点布设在结构中受力较大、受力状态复杂、对结构整体承载力与稳定性具有重要影响的部位或杆件，例如伸臂桁架、巨型斜撑、腰桁架等即可作为应变监测点。竖向位移监测点布设在结构整体位移或核心筒与外框架相对变形理论值较大的区域，例如伸臂桁架即可作为竖向位移监测点。同时为考察伸臂桁架层对相对变形的影响（核心筒和外框架由于使用的材料不同，发生的沉降压缩值不同，二者之间的沉降压缩值的差值称为相对变形），在伸臂桁架层增加位移测点。上述各监测点布设时依据对称性原则均匀布置。

具体实施时，可首先进行施工全过程模拟计算，例如可通过SAP2000、MIDAS、ANSYS等模拟软件来进行模拟，然后人工从模型中找出满足上述条件的位置作为监测点，最终在目标监测楼层中布设温度传感器、应变传感器和竖向位移测量单元。应当理解，对于不同结构类型的超高层建筑物，从模型中确定的监测点也可能不同。

基于上述技术原理，并参照图1，本发明提供的建筑施工监测系统包括若干传感器单元1、若干竖向位移测量单元2、若干采集单元3以及主机4，其中，干传感器单元1、若干竖向位移测量单元2、若干采集单元3均布设于目标检测楼层中按照上文方式确定监测位置，传感器单元1由若干温度传感器和若干应变传感器组成的，用于测量建筑物结构的温度荷载和应变力，应变传感器可选用振弦式应变计、电阻应变计等实现。竖向位移测量单元2用于测量建筑物结构的整体竖向位移大小，可选用.光学标靶、激光全站仪等工具实现。采集单元3与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接，用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据。最终由主机4输出采集单元3采集的测量数据，主机4可选用一台高性能的电脑进行数据的存储，采用Excel、Orange和Fortran等软件对数据进行分析处理。

本发明中，考虑到施工现场的实际情况，为保证通信畅通，采集单元3与主机4之间采用无线形式进行数据传输，如图2所示，采集单元3和主机4均内置有无线传输模块，采集单元3和主机4之间通过该无线传输模块传送测量数据。而主机4的功能主要有以下三方面：1、收集测量数据与显示实时变化趋势，2、在所述温度传感器的测量数据持续无变化时判断所述温度传感器失效，并输出判断结果并报警，3、测量数据超出预设的阈值时，触发报警。

考虑到施工现场的防潮防尘，将采集系统安放在一具有壳体的采集箱内，壳体内设置有：采集仪、数据格式转换模块、无线传输模块和电源模块，采集仪与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接，为保证断电重启后原来存储的数据不会丢失，采集仪最好选用具有断电记忆功能的仪器，数据格式转换模块与所述采集仪连接，用于将所述采集仪采集到的测量数据进行格式转换，无线传输模块用于将所述数据格式转换模块转换格式后的测量数据以无线的方式传输至所述主机；电源模块用于为所述采集仪、所述数据格式转换模块、所述无线传输模块供电。

图3示出了上述采集箱一种具体实施例，其中采集仪选用具有断电记忆功能的CR1000静态采集仪，CR1000静态采集仪与各传感器之间采用分线器连接，数据格式转换模块包括弹动式模组AVW200和信号转换器，弹动式模组AVW200的功能是将传感器系统采集的数据转换成电压信号，信号转换器用于将弹动式模组AVW200转换得到的电压信号转换成无线传输信号，图3中的扩充模组CEM416的功能是扩展CR1000静态采集仪的传感器接口数量，电源和电池可以为外接电源的输入端，也可以为可充电的蓄电池。安装时，依次把CR1000采集仪、弹动式模组AVW200、扩充模组CEM416、分线器、信号转换器、无线通信发射器、电桥盒、电池卡座、插座、线槽安装到位，并用螺丝固定，螺帽方向朝外，便于日后仪器的维修、更换及拆除。然后按照电路图在线槽中用导线连接各仪器接线端口，导线可依照端口间距提前裁剪，其两端用夹线端处理，保证导线和仪器连接良好。组装完成后用万用表进行全面检测，确保各仪器连接顺畅。

本发明中，上述若干采集单元3分为多个采集子站，根据采集箱分布的楼层和位置，在每个采集子站中选择一个与主机距离最近、且传输路径中屏障较少的采集单元作为主站，其它采集箱作为分站，如图4所示。将无线通讯服务器进行相应通讯协议的设定，使分站采集的数据通过信号较好的主站传输到现场中心服务器。

具体地，所述采集主站与主机4连接，用于采集传感器单元1和竖向位移测量单元2的测量数据并将采集到的测量数据输出至主机4。采集分站用于采集传感器单元1和竖向位移测量单元2的测量数据，并将采集到的测量数据通过所述采集主站输出至主机4。

每个采集子站传感器种类多，数量多，且位置分散，为方便传感器现场布设、日常维护及故障排除，对传感器导线端、导线延长线（用于在传感器导线端较短时连接传感器与采集单元）与采集箱连接端进行统一编码标记。对温度传感器和应变传感器的接头与导线接头进行防水封装，从内到外依次采用绝缘胶带、防水胶带、热缩管防潮绝缘处理。采用焊接、粘贴、直接埋入等多种方式以实现不同封装工艺传感器的布设。

采集的测量数据通过发射器无线传输至主机4，将发射器调试到信号最好的位置后固定，并外套PVC保护管。在发射器信号不佳的情况下，可以在采集箱内的无线通信发射器旁增加强迫器，以增大无线信号的发射功率，保障信号传输的顺畅。

监测系统的运行需要一个长期、稳定的供电系统，而施工现场没有为监测提供一个专门的供电线路，因此，在每个采集子站中，将作为采集分站的采集单元的电源端与作为采集主站的采集单元的电源端连接，使采集箱连通形成一个回路，并从每个采集箱内引出插头，这样无论楼层临时电箱在任何位置，都可以将其与最近的采集箱连接从而使整个回路通电。

监测系统搭建完成后，进行整体联通测试，考察无线信号的稳定性，检查采集通道是否连通，并对失效通道及时排查修整。确定系统运行正常后，按监测方案定期进行数据采集，分析数据的合理性，以便及时发现失效通道，保证系统正常运行。

本监测系统为实时在线连续监测系统，其监测方法包括如下监测步骤：步骤A，在建筑物的目标监测楼层施工前后，以第一采样频率对目标监测楼层在线连续监测，如采样频率1分钟一次；步骤B，在施工间断期间，以第二采样频率对目标监测楼层在线连续监测，所述第二采样频率低于所述第一采样频率，例如每3天采集一次，采集时间早上8点至下午5点，采样频率10分钟一次。上述监测系统在雷雨天气系统停止工作，而在大风天气系统则可以正常连续工作，并且采集时需记录采集时间和对应施工工况，保证分析模拟边界条件的真实性。根据监测数据与信息，每20层对原有施工模拟分析计算结果进行修正。

本发明提供的监测系统将测量数据自动监测后无线传输至现场中心服务器（及主机），实现了实时在线连续监测，通过监测结果由监测人员评估结构在施工过程中的安全性，例如在结构的应力监测数据达到或超过建筑材料（钢材、混凝土等）的极限承载力时，判定为不安全；反之判定为安全，并相应的调整施工偏差，例如通过温度监测，可为现场不同位置构件吊装合拢温度及时刻的合理选择提供实测依据，如向阳面位置构件的吊装可选择各天内温度相近时刻进行，并避开极限温度时刻，而背阴面则由于温度变化较为平缓可不受时间限制，通过构件内力监测，可以确定钢管混凝土柱柱内混凝土的浇筑高度及浇筑时机，通过竖向位移监测，可以在核心筒与外框架施工时对标高预调，使最终的结构高度满足设计高度要求，保证了结构的施工精度满足规范要求。并且可以将现场实际监测的结果与施工全过程模拟结果进行比对以验证和修正施工全过程模拟结果，例如在18层钢柱上布设了应变传感器，模拟计算时此位置的应变增量为46Mpa，实际监测时为48Mpa，两者较为接近，即证明施工全过程模拟方法是正确的。本发明提供的超高层施工监测方法可作为一种通用的施工监测方法，为以后类似工程的施工监测积累经验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种建筑施工监测系统，其特征在于，包括：

布设于目标监测楼层的传感器单元，由若干温度传感器和若干应变传感器组成的，用于测量建筑物结构的温度荷载和应变；

布设于目标监测楼层的竖向位移测量单元，用于测量建筑物结构的整体竖向位移大小；

布设于目标监测楼层的若干采集单元，与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接，用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据；

主机，用于输出所述采集单元采集的测量数据；

所述若干采集单元分为多个采集子站；在每个采集子站中，与所述主机距离最近的采集单元作为采集主站，其余的采集单元作为采集分站；

所述采集主站与所述主机连接，用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据并将采集到的测量数据输出至所述主机；

所述采集分站用于采集所述传感器单元和所述竖向位移测量单元的测量数据，并将采集到的测量数据通过所述采集主站输出至所述主机。

2.如权利要求1所述的建筑施工监测系统，其特征在于，所述采集单元和所述主机均内置有无线传输模块，所述采集单元和所述主机之间通过所述无线传输模块传送测量数据。

3.如权利要求1所述的建筑施工监测系统，其特征在于，所述主机用于显示测量数据的变化趋势。

4.如权利要求1所述的建筑施工监测系统，其特征在于，所述主机用于在所述温度传感器的测量数据持续无变化时判断所述温度传感器失效，并输出判断结果。

5.如权利要求1所述的建筑施工监测系统，其特征在于，所述主机用于在测量数据超出预设的阈值时，触发报警。

6.如权利要求1所述的建筑施工监测系统，其特征在于，所述温度传感器和所述应变传感器的接头采用防水封装。

7.如权利要求2所述的建筑施工监测系统，其特征在于，所述采集单元具有一壳体，壳体内设置有：

与所述传感器单元和所述竖向位移测量单元连接的采集仪；

与所述采集仪连接的数据格式转换模块，用于将所述采集仪采集到的测量数据进行格式转换；

无线传输模块，用于将所述数据格式转换模块转换格式后的测量数据以无线的方式传输至所述主机；

电源模块，用于为所述采集仪、所述数据格式转换模块、所述无线传输模块供电。

8.如权利要求1所述的建筑施工监测系统，其特征在于，作为采集分站的采集单元的电源端与作为采集主站的采集单元的电源端连接。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的建筑施工监测系统的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括如下监测步骤：

步骤A，在建筑物的目标监测楼层施工前后，以第一采样频率对目标监测楼层在线连续监测；

步骤B，在施工间断期间，以第二采样频率对目标监测楼层在线连续监测，所述第二采样频率低于所述第一采样频率。