CN116910859A - 用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法及系统 - Google Patents

用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法及系统 Download PDF

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CN116910859A CN202310850251.8A CN202310850251A CN116910859A CN 116910859 A CN116910859 A CN 116910859A CN 202310850251 A CN202310850251 A CN 202310850251A CN 116910859 A CN116910859 A CN 116910859A
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李晨光
蒋平安
董龙锋
辛伟
马恒
徐昌佺
赵智博
武兴亮
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Abstract

本申请公开了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法及系统。该用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法，包括：对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体；获取待测架体的荷载及变形状态数据；建立悬挑架体现场布置情况三维模型；将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定；展示所述待测架体的监测数据。本申请实施例的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法实现了对悬挑架体施工过程中的架体状况进行实时监测，以使管理人员可随时查看架体实时运行状态，并在接近设定的警报阈值自动前给项目管理人员发送短信进行提醒和预警。

Description

用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法及系统
技术领域
本申请属于建筑施工监测技术领域，是一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法及系统。
背景技术
随着我国建设事业的发展，高层及超高层建筑不断落地，落地脚手架一次搭设到顶的成本和危险性随之增长，促使了分步搭设的悬挑架的推广应用，然而个别项目未对现场施工安全足够重视，架体坍塌等安全事故时有发生，这不但严重影响了施工人员的生命安全，而且还会影响工程的质量、施工进度和工程造价等。
当前的安全监管技术手段主要依靠人工旁站式或巡查式的管理，缺乏必要的数据支撑，对现场情况的评估也大都依靠经验进行定性分析，无法定量地考虑施工环境因素变化造成的影响，同时管理人员依赖现场人员事后汇报了解事故状况，对施工现场情况反应滞后，无法对一些突发危险状况做出合理预判，从而不能及时有效地采取应对措施。
发明内容
本申请实施例提供一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法及系统，实现对悬挑架体施工过程中的架体状况进行实时监测，以使管理人员可随时查看架体实时运行状态，并在接近设定的警报阈值自动前给项目管理人员发送短信进行提醒和预警。
为实现上述目的，本申请实施例采用如下方案：
本申请的一个方面提供了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法，包括：
对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体；
获取待测架体的荷载及变形状态数据；
建立悬挑架体现场布置情况三维模型；
将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定；
展示所述待测架体的监测数据。
在一些实施例中，所述对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体，包括：
根据预设的型钢架体的布置方案，对潜在危险点的架体分别进行建模计算；
根据架体的支撑边界条件和上部荷载情况，分别计算该节点处架体的综合安全系数和挠度值，以综合安全系数值最低和计算挠度与容许挠度比值最大的架体为待测架体。
在一些实施例中，所述架体的综合安全系数计算公式如下
其中f为架体材料的抗弯强度设计值；M为弯矩设计值，计算公式为
M＝γCkMGk+∑γqkMqk+γwkMwk，W为截面模量。
在一些实施例中，所述获取待测架体的荷载及变形状态数据，包括：
对于倾角数据，通过
μ＝lsinθΔ＝lsin(θ-θ0)
转化为架体的挠度数据，其中l为架体的长度，θΔ为架体当前的倾角与初始倾角的插值；
对于振弦频率值，通过公式
转化为测点处的力值。
在一些实施例中，所述建立悬挑架体现场布置情况三维模型，包括：
根据各架体的具体位置相对坐标，建立包含悬挑架体布置情况的现场三维模型。
在一些实施例中，所述将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定，包括：
将待测架体在三维模型中标识出，并与对应位置的传感器信号数据进行绑定。
在一些实施例中，所述方法还包括：设置监测数据的报警阈值，实现风险预警。
本申请的另一个方面提供了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测系统，包括数据采集系统、数据传输系统以及数据展示系统；
数据采集系统用于现场收集待测悬挑架的运行数据，用于直接或间接地得到悬挑架体端部的竖向挠度，实时监测其是否超出规范规定地限制，测量螺栓的轴向拉力和剪力；
数据传输系统用于将现场采集的数据传递到云服务器中；
数据展示系统用于对采集的数据进行换算、绘图以及展示。
本申请的另一个方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现任一实施例所述的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法。
本申请的另一个方面提供了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现任一实施例所述的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法。
本申请第一个方面所提供的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法，实现了对悬挑架体施工过程中的架体状况进行实时监测，以使管理人员可随时查看架体实时运行状态，并在接近设定的警报阈值自动前给项目管理人员发送短信进行提醒和预警。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一个实施例的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法流程图。
图2为本申请另一实施例的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法示意图。
图3为本申请另一实施例的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测系统的示意图。
附图代号说明：1-桁架式悬挑架承重架，2-穿墙螺栓，3-倾角传感器，4-穿心式压力传感器，5-数据采集装置。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
智能监测技术，包括智能传感技术、无线传输技术、数字虚拟技术、声光报警技术等的出现，给土建施工的实时监管提供了新的思路和方法，并已成功应用至基坑、桥梁、水坝等危险性和重要性较大的项目中，取得了显著成效。因此一套实时的安全监测系统，对架体的实际使用提供关键数据监测、危机预警，提高施工现场的安全性，是可行且迫切需要的。
本申请实施例提供了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测系统，包括数据采集系统、数据传输系统以及数据展示系统。
自动采集架体的端部挠度变形以及螺栓内力，架体周边环境信息等功能，所用传感器包括但不限于于倾角仪、激光测距仪、GPS定位、穿心压力传感器、锚索计、剪力传感器、温度计、湿度计、风速传感器和图像采集系统等。
采用4G和NB-Lot无线传输协议，按照一定的发送频率，自动向云平台发送监测到的数据。
可以解调并存储接收的数据，将解调的数据自动转化为挠度、内力等量，并将数据与上传三维模型相应架体进行绑定，可以对任意架体、任意时间段内数据进行展示，同时具有当数据超过设定阈值后，自动通知项目人员，并触发现场声光警报装置的作用。数据采集系统、数据传输系统以及数据展示系统，以架体端部挠度和螺栓应力为主要控制项和监测内容。
数据采集系统主要用来现场收集待测悬挑架的运行数据，对于架体端部挠度，选用传感器包括但不限于倾角仪、激光测距仪、GPS定位等，用于直接或间接地得到悬挑架体端部的竖向挠度，实时监测其是否超出规范规定地限制；对于螺栓应力，选用传感器包括但不限于穿心压力传感器、锚索计、剪力传感器等，测量螺栓的轴向拉力和剪力。
数据传输系统主要负责将现场采集的数据传递到云服务器中，数据传输系统采用了基于4G或NB-Lot的数据传输协议的无线通讯技术，以一定的频率不间断的向服务器发送采集的数据。
数据展示系统主要负责对采集的数据进行换算、绘图，以及展示。系统以云平台为载体，将实际测点数据与三维模型中对应架体进行匹配，并实时展示选择的架体的状态。展示平台包括web端和手机app端，既可以通过浏览器访问，也可以通过手机app接入。每个项目具有专属的页面的和账户信息，项目相关人员可以通过对应的账户登录查看，通过选择三维模型中的架体，即可查看该实际架体的挠度、拉力、荷载等信息，在拓展传感器的布设种类后，也可展示架体位置的温度、湿度、风速、雨量、架体特定截面的应力应变等信息。同时，数据展示平台还负责对监测数据是否达到警戒值进行判断，若达到警报条件，则启动警报预案通知项目相关人员。
参考图1所示，本申请的一个实施例提供了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法，包括步骤S10至S50：
S10、对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体；
S20、获取待测架体的荷载及变形状态数据；
S30、建立悬挑架体现场布置情况三维模型；
S40、将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定；
S50、展示所述待测架体的监测数据。
示例性地，所述对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体，包括：
根据预设的型钢架体的布置方案，对潜在危险点的架体分别进行建模计算；根据架体的支撑边界条件和上部荷载情况，分别计算该节点处架体的综合安全系数和挠度值，以综合安全系数值最低和计算挠度与容许挠度比值最大的架体为待测架体。
示例性地，所述建立悬挑架体现场布置情况三维模型，包括：
根据各架体的具体位置相对坐标，建立包含悬挑架体布置情况的现场三维模型。
示例性地，所述将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定，包括：
将待测架体在三维模型中标识出，并与对应位置的传感器信号数据进行绑定。
示例性地，所述方法还包括：设置监测数据的报警阈值，实现风险预警。
参考图2所示，本申请的另一个实施例提供了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法，包括以下步骤：
1)根据型钢组合悬挑架体的布置和脚手架搭设方案，通过计算选定受力较大或受力状况较复杂的架体作为监测架体，在架体上布置传感器。
采用midas、ansys等计算软件，根据前期预设的型钢架体的布置方案，对潜在危险点的架体，即受力较大处或受力状况较复杂处或受力条件突变处的架体，分别进行建模计算，根据架体的支撑边界条件和上部荷载情况，分别计算该节点出所有架体的综合安全系数和挠度值，以综合安全系数值最低和计算挠度与容许挠度比值最大的架体为待测架体。
架体的综合安全系数计算公式如下
，其中f为架体材料的抗弯强度设计值，M为弯矩设计值，可按
M＝γCkMGk+∑γqkMqk+γwkMwk
计算得到，W为截面模量。其中弯矩设计值的计算要分别考虑自重荷载，各种施工活荷载和风荷载的影响，并分别乘以相应的分项系数。
记录对应待测架体的挠度和螺栓内力值设计计算值，作为监测系统预警值；在架体现场搭设时，采用通长螺栓或膨胀螺栓将倾角仪固定在组合架体前端。同时在组合架体穿墙螺栓上安装穿心压力传感器。并将微型光伏电源连接至传感器为持续监测进行供电。
2)通过数据采集系统读取传感器的信号，并通过NB-Lot或4G等无线传输方式将数据传递至云平台服务器。
采用对应的数据采集系统读取传感器传递的电压或振弦信号，并通过内置的无线传输模块，按照一定的频率定向将测量数据传输至云平台服务器。数据采用JSON格式封装,使用UTF-8编码。数据包含必须字段和设备相关字段。设备相关字段分实时数据和静态数据，每次数据至少包含其一。一次推送的数据结构如下所示：
{
"uuid":"设备标识1",
"time":"数据时间",
"interval":"数据周期",
"current":
{
实时数据...
},
"metadata":
{
静态数据...
}
},
3)在服务器端设置数据库，解调并存储数据采集系统传递的信号，并通过预设的算法公式得到待测架体的荷载及变形状态数据。
服务器端接收到数据传输系统的信号后，通过解调得到对应架体的架体处的(倾角)以及测力计的振弦频率值。
对于倾角数据，可以通过
μ＝lsinθΔ＝lsin(θ-θ0)
转化为架体的挠度数据，其中l为架体的长度，θΔ为架体当前的倾角与初始倾角的插值。
对于振弦频率值，可以通过公式
转化为测点处的力值。
4)建立悬挑架体现场布置情况三维模型。
在现场悬挑架体的布置方案确定后，可以通过cad、revit等三维建模软件，根据各架体的具体位置相对坐标，建立包含悬挑架体布置情况的现场三维模型。以对现场架体的布置情况形成直观的展示。同时可以将模型文件用于云平台的数据展示和处理。
5)在云平台加载创建的三维模型，并将监测架体与模型中对应架体进行绑定，可以直观调用并显示监测的数据并实时展示，供管理人员随时查看当前架体情况。
将建立的三维模型文件上传至云平台，在平台展示页面实时展示，同时将待测架体在三维模型中标识出，并与对应位置的传感器信号数据进行绑定，当管理人员在云平台中点选或从列表中选择某架体时，平台页面可以将该架体的实时状态进行展示，同时平台也可以根据需要对架体特定时间段的数据进行展示，或对多个架体的数据进行同屏展示，进行对比。同时，平台数据图可以根据需要投送到项目大屏进行展示。
6)设置监测数据的报警阈值，实现风险预警。
根据理论计算的架体变形值和螺栓反力值，设置预警值和报警值的触发阈值，如对于螺栓反力值，当计算出的待测架体在搭设完成正常使用时的最大反力值FU,后，可以以该值作为架体的螺栓反力预警值，当监测系统得到的实测螺栓反力超过FU后，云平台及触发超算预警。对于架体的挠度值，可以根据相关规范中规定的最大挠度值(如l/250)作为报警阈值，当监测系统根据现场传感器数据推算出的架体挠度值超过该值后，云平台给出超限警报，逐级发送信息通知项目管理人员，并根据预案触发各种警报措施，直到监测数据再次回到阈值以下，解除警报。
本申请实施例的技术方案具有安装简便，测量精准，自动化程度高的优点，可以为桁架式组合悬挑架体的应用提供应用保障。
本申请另一个实施例提供了一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测系统，包括数据采集系统、数据传输系统以及数据展示系统；
数据采集系统用于现场收集待测悬挑架的运行数据，用于直接或间接地得到悬挑架体端部的竖向挠度，实时监测其是否超出规范规定地限制，测量螺栓的轴向拉力和剪力；
数据传输系统用于将现场采集的数据传递到云服务器中；
数据展示系统用于对采集的数据进行换算、绘图以及展示。
参考图3所示，在一个具体示例中，自动监测系统中包含有桁架式悬挑架承重架1、穿墙螺栓2、倾角传感器3、穿心式压力传感器4和数据采集装置5。
本申请另一个实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现上述任一实施例所述的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法。
本申请另一个实施例提供了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以实现上述任一实施例所述的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法，其特征在于，包括：
对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体；
获取待测架体的荷载及变形状态数据；
建立悬挑架体现场布置情况三维模型；
将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定；
展示所述待测架体的监测数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对预设的型钢架体进行建模计算，确定待测架体，包括：
根据预设的型钢架体的布置方案，对潜在危险点的架体分别进行建模计算；
根据架体的支撑边界条件和上部荷载情况，分别计算该节点处架体的综合安全系数和挠度值，以综合安全系数值最低和计算挠度与容许挠度比值最大的架体为待测架体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述架体的综合安全系数计算公式如下
其中f为架体材料的抗弯强度设计值；M为弯矩设计值，计算公式为M＝γGkMGk+∑γqkMqk+γwkMwk，W为截面模量。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取待测架体的荷载及变形状态数据，包括：
对于倾角数据，通过
μ＝lsinθΔ＝lsin(θ-θ0)
转化为架体的挠度数据，其中l为架体的长度，θΔ为架体当前的倾角与初始倾角的插值；
对于振弦频率值，通过公式
转化为测点处的力值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立悬挑架体现场布置情况三维模型，包括：
根据各架体的具体位置相对坐标，建立包含悬挑架体布置情况的现场三维模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述待测架体与所述三维模型中的对应架体进行绑定，包括：
将待测架体在三维模型中标识出，并与对应位置的传感器信号数据进行绑定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：设置监测数据的报警阈值，实现风险预警。
8.一种用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测系统，其特征在于，包括数据采集系统、数据传输系统以及数据展示系统；
数据采集系统用于现场收集待测悬挑架的运行数据，用于直接或间接地得到悬挑架体端部的竖向挠度，实时监测其是否超出规范规定地限制，测量螺栓的轴向拉力和剪力；
数据传输系统用于将现场采集的数据传递到云服务器中；
数据展示系统用于对采集的数据进行换算、绘图以及展示。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-7中任一所述的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法。
10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以实现如权利要求1-7中任一所述的用于型钢组合悬挑脚手架系统的自动监测方法。
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