CN113338313A - 智能预应力锚索张拉系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能预应力锚索张拉系统，包括通过有线或/和无线网络连接的中央服务器端、作业端、用户端；所述中央服务器端用于对被测山体进行预应力分析计算、实时监控测量点、构建监测BIM模型，包括云计算模块、BIM处理模块、实时监控模块、资料整理模块、通信控制模块；所述作业端包括若干个与测量点对应设置的锚索张拉装置；所述用户端包括若干显示终端。并且提供了一种智能预应力锚索张拉系统实现锚索张拉监测的方法步骤。上述实现，通过云计算分析与计算、BIM监测建模以及实时监控等方式，将大数据分析、后方整理计算、集中管控全面引入锚索张拉工程，对锚索张拉监测进行科学计算、实时监测、分析统计和立体展示，解决了现有锚索张拉方式所存在的规范性不高、问题反映可能不及时、资料整理效率低以及专家现场指导不方便的问题，提高了锚索张拉工艺的作业效率和智能化水平。

Description

智能预应力锚索张拉系统及方法

技术领域

本发明涉及水利水电灌浆工程山体加固领域，特别是涉及一种智能预应力锚索张拉系统及方法。

背景技术

锚索张拉是水利水电工程的一项基础处理工程，是山体加固的重要手段。锚索张拉是指采取预应力方法把锚索锚固在岩体内部的索状支架，用于加固边坡。锚索靠锚头通过岩体软弱结构面的孔锚入岩体内，把滑体与稳固岩层联在一起，从而改变边坡岩体的应力状态，提高边坡不稳定岩体的整体性和强度。

现有的锚索张拉工作模式是通过在各部位加装锚索张拉设备，施工人员根据设计图纸，手动设置锚索张拉相关参数，具体工作原理：为了对山体进行加固，在山体中插入钢绞线，通过灌浆等方式进行固定，固定完成后，在山体外加装锚具、限位板、千斤顶，并在千斤顶一端固定一套位移计，位移计另一端固定在限位板上，位移计通过位移信号线与智能监控器相连，智能监控器通过信号线控制油泵，油泵具体油压参数在油压表上进行显示，油泵与千斤顶之间以液压管线相连，千斤顶与油泵之间加装压力传感器，压力传感器通过压力信号线将预应力传给智能监控器。

施工时，施工人员通过智能监控器控制油泵压力，对油泵进行升压、稳压操作，升压时，千斤顶顶头将工具锚头向外顶出，实现对山体的张拉效果，过程中，位移计与限位板之间的间距、压力传感器具体压力信息通过各自的信号线，实时传输给智能监控器，实现对整个锚索张拉的过程监控及控制，过程中对锚索张拉参数的监控都是通过人工进行。

上述现有锚索张拉方式存在如下问题：一是锚索张拉预应力及位移量数据不能及时反馈，难以根据实际张拉情况及时调整、优化施工策略。二是现场工人操作水平高低不一，施工规范性不高。三是现有智能监控器生成的锚索张拉资料，需要人为进行收集，相关统计报表依靠人工进行汇总统计，效率低。四是锚索张拉各作业面相对分散，地势险峻，专家到现场进行技术支持外界因素制约较多，效率低。

发明内容

本发明的目的在于；针对现有技术的缺点和不足，提出一种智能预应力锚索张拉系统及方法，采用软硬件结合，通过云计算分析与计算、BIM监测建模以及实时监控等方式，将大数据分析、后方整理计算、集中管控全面引入锚索张拉工程，对锚索张拉监测更加及时、科学和准确，解决了现场监测不规范的问题，提高了锚索张拉监测的作业效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

智能预应力锚索张拉系统，包括通过有线或/和无线网络连接的中央服务器端、作业端、用户端；所述中央服务器端用于对被测山体进行预应力分析计算、实时监控测量点、构建监测BIM模型，包括云计算模块、BIM处理模块、实时监控模块、资料整理模块、通信控制模块；所述作业端包括若干个与测量点对应设置的锚索张拉装置；所述用户端包括若干显示终端。

由于在水利水电灌浆山体加固当中，进行锚索张拉监测的点位往往有成百上千个，上述系统采用软硬件结合，通过云计算分析与计算、BIM监测建模以及实时监控等方式，将大数据分析、后方整理计算、集中管控全面引入锚索张拉工程，对锚索张拉监测更加及时、科学和准确，避免了现场监测不规范、效率低下的问题，方便了后台数据分析统计。

进一步地，所述锚索张拉装置包括预应力锚索自动张拉组件、控制器、压力传感器、位移传感器，无线传输模块；所述控制器线路连接预应力锚索自动张拉组件、压力传感器、位移传感器，无线传输模块；所述压力传感器设置在连接预应力锚索自动张拉组件的油泵和千斤顶的液压管回路之间，用于监测千斤顶产生的预应力大小；所述位移传感器固定在千斤顶的一端，用于监测在锚索张拉过程中千斤顶相对于测量点的位移量。

进一步地，所述控制器通过无线传输模下载中央服务器端锚索张拉相关设计参数或者实时将监测得到预应力和位移量数据传给中央服务器端；所述无线传输模块与通信控制模块之间采取加密的方式传输数据。

上述步骤中，锚索张拉装置将实时压力传感器和位移传感器的监测数据，通过无线加密传输模块传送给中央服务器端，同时接收来自中央服务器端相关参数信息。

进一步地，所述云计算模块用于对被测山体进行大数据分析与计算，得到各测量点锚索张拉的理论参数值；所述BIM处理模块根据理论参数值进行BIM初始建模，将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据自动填充到BIM初始模型中，形成被测山体的三维BIM模型；所述实时监控模块将监测到的数据以文字、图表和三维BIM模型的方式进行实时显示；所述资料整理模块将监测到的数据进行实时存储汇总、分类统计、分析梳理，形成用户所需的资料或报表。

在实施锚索张拉监测前，首先通过对各种类型山体的受力情况、岩土类型等参数的数据库进行大数据分析，并结合被测山体的实际计算得到监测所需的各项理论参数值。将部分理论参数值作为监测的初始值进行设定，监测作业开始后，将实际测得的数据通过BIM处理模块进行三维BIM模型，通过立体形象的方式进行展示，便于专家及操作人员进行查看分析、研判调整。同时，由于监测的点位较多并且实时数据进行了上传，中央处理器端获取了海量数据，通过资料整理模块将这些海量数据进行上述处理，实现数据统计分析的智能化，为用户研判决策提供科学依据。

进一步地，所述用户端的显示终端包括PC机、手机或平板电脑。

智能预应力锚索张拉方法，采用前述智能预应力锚索张拉系统实现锚索张拉监测的步骤如下：

S1：云计算模块根据山体受力情况、岩土类型、边坡倾斜度、测量点位置的情况，进行大数据分析与计算，得出对各个测量点锚索张拉监测的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间的理论参数值；

S2：BIM处理模块根据步骤S1中的理论参数值进行BIM初始建模；

S3：锚索张拉装置的控制器从中央服务器端一键下载该测量点的理论参数值，设定预应力锚索自动张拉组件进行监测作业预应力、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间的初值，并启动监测作业；

S4：锚索张拉装置的控制器将位移传感器监测到的位移量、压力传感器监测到的实际预应力，通过无线传输模块实时发送给中央服务器端。作业完成后，同样通过无线传输模块将锚索张拉报表自动发送到中央服务器。；

S5：BIM处理模块将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据自动填充到BIM初始模型中，并对上述监测到的数据进行校验，对比分析监测到的数据与设计理论参数值之间的差异，采取不同的颜色标示实际预应力、位移量是否在标准允许的范围内，形成被测山体的三维BIM模型，在出现超出设计范围情况时，可及时作出相关参数调整；

S6：实时监控模块将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据以文字、图表和三维BIM模型的方式进行实时显示；

S7：资料整理模块将监测到的数据进行实时存储汇总、分类统计、分析梳理，形成用户所需的数据资料或报表；

S8：相关人员通过用户端的显示终端实时查看现场监测状态以及数据资料或报表。

通过上述具体的方法步骤，将理论分析与实际监测进行结合，实时动态监测锚索张拉数据，以被测山体各测量点的三维立体模型形象展示监测数据，并对监测数据进行大数据存储、分析和处理，建立分类清晰、数据规范统计分析报表，进一步确保了数据真实性，保证了工程质量，提高了监测作业效率。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

通过云计算分析与计算、BIM监测建模以及实时监控等方式，将大数据分析、后方整理计算、集中管控全面引入锚索张拉工程，对锚索张拉监测进行科学计算、实时监测、分析统计和立体展示，解决了锚索张拉人工监测不规范、不科学和不准确的问题，提高了锚索张拉监测的作业效率和科学化水平。

附图说明

图1为智能预应力锚索张拉系统的结构示意图；

图2为智能预应力锚索张拉方法的流程图。

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。

实施例

如图1和图2所示，智能预应力锚索张拉系统，包括通过有线或/和无线网络连接的中央服务器端、作业端、用户端；所述中央服务器端用于对被测山体进行预应力分析计算、实时监控测量点、构建监测BIM模型，包括云计算模块、BIM处理模块、实时监控模块、资料整理模块、通信控制模块；所述作业端包括若干个与测量点对应设置的锚索张拉装置；所述用户端包括若干显示终端。

由于在水利水电灌浆山体加固当中，进行锚索张拉监测的点位往往有成百上千个，上述系统采用软硬件结合，通过云计算分析与计算、BIM监测建模以及实时监控等方式，将大数据分析、后方整理计算、集中管控全面引入锚索张拉工程，对锚索张拉监测更加及时、科学和准确，避免了现场监测不规范、效率低下的问题，方便了后台数据分析统计。

进一步地，所述锚索张拉装置包括预应力锚索自动张拉组件、控制器、压力传感器、位移传感器，无线传输模块；所述控制器线路连接预应力锚索自动张拉组件、压力传感器、位移传感器，无线传输模块；所述压力传感器设置在连接预应力锚索自动张拉组件的油泵和千斤顶的液压管内，用于监测千斤顶产生的预应力大小；所述位移传感器固定在千斤顶的一端，用于监测在锚索张拉过程中千斤顶相对于测量点的位移量。

进一步地，所述控制器通过无线传输模块下载中央服务器端锚索张拉相关设计参数或者实时将监测得到预应力和位移量数据传给中央服务器端；所述无线传输模块与通信控制模块之间采取加密的方式传输数据。

上述步骤中，锚索张拉装置将实时压力传感器和位移传感器的监测数据，通过无线加密传输模块传送给中央服务器端，同时接收来自中央服务器端相关控制指令或参数信息。

进一步地，所述云计算模块用于对被测山体进行大数据分析与计算，得到各测量点锚索张拉的理论参数值；所述BIM处理模块根据理论参数值进行BIM初始建模，将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据自动填充到BIM初始模型中，形成被测山体的三维BIM模型；所述实时监控模块将监测到的数据以文字、图表和三维BIM模型的方式进行实时显示；所述资料整理模块将监测到的数据进行实时存储汇总、分类统计、分析梳理，形成用户所需的资料或报表。

在实施锚索张拉监测前，首先通过对各种类型山体的受力情况、岩土类型等参数的数据库进行大数据分析，并结合被测山体的实际计算得到监测所需的各项理论参数值。将部分理论参数值作为监测的初始值进行设定，监测作业开始后，将实际测得的数据通过BIM处理模块进行三维BIM模型，通过立体形象的方式进行展示，便于专家及操作人员进行查看分析、研判调整。同时，由于监测的点位较多并且实时数据进行了上传，中央处理器端获取了海量数据，通过资料整理模块将这些海量数据进行上述处理，实现数据统计分析的智能化，为用户研判决策提供科学依据。

进一步地，所述用户端的显示终端包括PC机、手机或平板电脑。

智能预应力锚索张拉方法，采用前述智能预应力锚索张拉系统实现锚索张拉监测的步骤如下：

S1：云计算模块根据山体受力情况、岩土类型、边坡倾斜度、测量点位置的情况，进行大数据分析与计算，得出对各个测量点锚索张拉监测的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间的理论参数值；

S2：BIM处理模块根据步骤S1中的理论参数值进行BIM初始建模；

S3：锚索张拉装置的控制器从中央服务器端一键下载该测量点的理论参数值，设定预应力锚索自动张拉组件进行监测作业预应力、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间的初值，并启动监测作业；

S4：锚索张拉装置的控制器将位移传感器监测到的位移量、压力传感器监测到的实际预应力以及稳压持续的时间，通过无线传输模块实时发送给中央服务器端。作业完成后，同样通过无线传输模块将锚索张拉报表自动发送到中央服务器。；

S5：BIM处理模块将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据自动填充到BIM初始模型中，并对上述监测到的数据进行校验，对比分析监测到的数据与设计理论参数值之间的差异，采取不同的颜色标示实际预应力、位移量是否在标准允许的范围内，形成被测山体的三维BIM模型，在出现超出设计范围情况时，可及时作出相关参数调整；

S6：实时监控模块将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据以文字、图表和三维BIM模型的方式进行实时显示；

S7：资料整理模块将监测到的数据进行实时存储汇总、分类统计、分析梳理，形成用户所需的数据资料或报表；

S8：相关人员通过用户端的显示终端实时查看现场监测状态以及数据资料或报表。

通过上述具体的方法步骤，将理论分析与实际监测进行结合，实时动态监测锚索张拉数据，以被测山体各测量点的三维立体模型形象展示监测数据，并对监测数据进行大数据存储、分析和处理，建立分类清晰、数据规范统计分析报表，进一步确保了数据真实性，保证了工程质量，提高了监测作业效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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，皆应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.智能预应力锚索张拉系统，其特征在于：包括通过有线或/和无线网络连接的中央服务器端、作业端、用户端；所述中央服务器端用于对被测山体进行预应力分析计算、实时监控测量点、构建监测BIM模型，包括云计算模块、BIM处理模块、实时监控模块、资料整理模块、通信控制模块；所述作业端包括若干个与测量点对应设置的锚索张拉装置；所述用户端包括若干显示终端。

2.如权利要求1所述的智能预应力锚索张拉系统，其特征在于：所述锚索张拉装置包括预应力锚索自动张拉组件、控制器、压力传感器、位移传感器，无线传输模块；所述控制器线路连接预应力锚索自动张拉组件、压力传感器、位移传感器，无线传输模块；所述压力传感器设置在连接预应力锚索自动张拉组件的油泵和千斤顶的液压管回路之间，用于监测千斤顶产生的预应力大小；所述位移传感器固定在千斤顶的一端，用于监测在锚索张拉过程中千斤顶相对于测量点的位移量。

3.如权利要求2所述的智能预应力锚索张拉系统，其特征在于：所述控制器通过无线传输模块接收来自中央服务器端的控制指令或者实时将监测得到预应力和位移量数据传给中央服务器端；所述无线传输模块与通信控制模块之间采取加密的方式传输数据。

4.如权利要求3所述的智能预应力锚索张拉系统，其特征在于：所述云计算模块用于对被测山体进行大数据分析与计算，得到各测量点锚索张拉的理论参数值；所述BIM处理模块根据理论参数值进行BIM初始建模，将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据自动填充到BIM初始模型中，形成被测山体的三维BIM模型；所述实时监控模块将监测到的数据以文字、图表和三维BIM模型的方式进行实时显示；所述资料整理模块将实时上传的锚索张拉报表数据进行实时存储汇总、分类统计、分析梳理，形成用户所需的资料或报表。

5.如权利要求4所述的智能预应力锚索张拉系统，其特征在于：所述用户端的显示终端包括PC机、手机或平板电脑。

6.智能预应力锚索张拉方法，其特征在于：采用如权利要求1至5任一项所述的智能预应力锚索张拉系统实现锚索张拉监测的步骤如下：

S1：云计算模块根据山体受力情况、岩土类型、边坡倾斜度、测量点位置的情况，进行大数据分析与计算，得出对各个测量点锚索张拉监测的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间的理论参数值；

S2：BIM处理模块根据步骤S1中的理论参数值进行BIM初始建模；

S3：锚索张拉装置的控制器从中央服务器端一键下载该测量点的理论参数值，设定预应力锚索自动张拉组件进行监测作业预应力、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间的初值，并启动监测作业；

S4：锚索张拉装置的控制器将位移传感器监测到的位移量、压力传感器监测到的实际预应力、停顿点、加载速率以及持荷时间，通过无线传输模块实时发送给中央服务器端；

S5：BIM处理模块将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据自动填充到BIM初始模型中，并对上述监测到的数据进行校验，对比分析监测到的数据与设计理论参数值之间的差异，采取不同的颜色标示实际预应力、位移量是否在标准允许的范围内，形成被测山体的三维BIM模型，在出现超出设计范围情况时，可及时作出相关参数调整；

S6：实时监控模块将监测到的预应力、位移量、倾角、方位角、停顿点、加载速率、持荷时间数据以文字、图表和三维BIM模型的方式进行实时显示；

S7：资料整理模块将实时上传的锚索张拉报表数据进行实时存储汇总、分类统计、分析梳理，形成用户所需的数据资料或报表；

S8：相关人员通过用户端的显示终端实时查看现场监测状态以及数据资料或报表。

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