超高建筑安全施工狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫令旺

摘 要：超高建筑在建筑規(guī)模、觀賞性、實(shí)用性、現(xiàn)代性等方面，均取得了極大的突破，但在其建設(shè)施工階段，由于建筑高度過高、建筑工序繁雜，導(dǎo)致其安全施工管理工作開展困難，易發(fā)生施工安全問題，不僅會影響建筑建設(shè)進(jìn)度，還會給施工人員生命安全及工程施工安全埋下巨大的安全隱患。筆者從超高建筑施工的實(shí)際安全監(jiān)控需求出發(fā)，就其智能監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)設(shè)計(jì)方案，闡述幾點(diǎn)觀點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：超高建筑；安全施工；智能監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)階段世界各地的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易交流日益頻繁，各城市發(fā)展迅速，就我國的城市而言，上海、南京、廣州、香港等地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展極為迅速，導(dǎo)致市中心土地愈發(fā)緊張，為進(jìn)一步促進(jìn)城市發(fā)展、提高土地利用率，上海等城市相繼建設(shè)多棟超高建筑。但在超高建筑建設(shè)過程中，受建筑施工特殊性影響，其安全施工狀態(tài)得不到保障。隨著現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步，借助現(xiàn)代科技成果，在超高建筑施工時(shí)，對其進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，提高施工安全性，促進(jìn)超高建筑施工順利進(jìn)行，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1智能監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)成概述

本系統(tǒng)主要由無線智能傳感器、無線局域網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)測控中心、結(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)測系統(tǒng)、人工智能評測軟件系統(tǒng)構(gòu)成，并由無線控制閉環(huán)進(jìn)行相關(guān)控制。

無線智能傳感器分布于施工環(huán)境周圍，以采集數(shù)據(jù)并將多層次、多參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過無線局域網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)測控中心，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、分析，其數(shù)據(jù)分析結(jié)果傳輸至結(jié)構(gòu)狀態(tài)預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行施工狀態(tài)分析，最終由人工智能評測系統(tǒng)對施工狀態(tài)分析結(jié)果進(jìn)行施工狀態(tài)趨勢分析，從而形成完成智能施工安全監(jiān)控系統(tǒng)。

2智能監(jiān)控系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

2.1定位檢測模塊設(shè)計(jì)分析

本設(shè)計(jì)方案定位檢測系統(tǒng)選用ZigBee定位系統(tǒng)，其定位基準(zhǔn)點(diǎn)由ZigBee系統(tǒng)無線定位，并與被測移動節(jié)點(diǎn)相結(jié)合構(gòu)成跟蹤定位網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)通過對比各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測、信號強(qiáng)度等信息，可獲得被測點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)間的聲頻信號、射頻信號信息，結(jié)合系統(tǒng)信號接收和發(fā)射的場強(qiáng)，即可具體計(jì)算出被測節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置。

WSN（無線傳感器）網(wǎng)絡(luò)定位算法種類較多，從實(shí)用性和典型性角度分析，筆者主要推薦以下三種算法。第一種，Euchidean算法，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，計(jì)算精度和建設(shè)成本相對適中；第二種，Bounding Box算法，是三種算法中能耗最小的，計(jì)算精度受錨節(jié)點(diǎn)影響較大，故而當(dāng)要求其具備較高精度時(shí)，成本也隨之增加；第三種，Robust Posion算法，該算法應(yīng)用兩跳法進(jìn)行實(shí)際運(yùn)算，計(jì)算精度最高，可將被測節(jié)點(diǎn)信息控制在mm級別，且無高密度錨節(jié)點(diǎn)設(shè)置要求，成本相對較低，但該算法能耗最大。在實(shí)際應(yīng)用中，建筑單位可依據(jù)實(shí)際需求，選擇合理的定位算法，以滿足安全監(jiān)控定位需求。

2.2氣象參數(shù)檢測模塊設(shè)計(jì)分析

氣象參數(shù)檢測模塊主要用于檢測風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量、溫度等環(huán)境參數(shù)，由于超高建筑施工多為高空作業(yè)，遠(yuǎn)離地面，此類環(huán)境因素會對施工人員安全性產(chǎn)生較大影響。

本設(shè)計(jì)方案中，選用三項(xiàng)超聲風(fēng)速儀作為系統(tǒng)風(fēng)力傳感器，對建筑周圍環(huán)境風(fēng)速、風(fēng)向等風(fēng)元素變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以供建筑施工狀態(tài)、環(huán)境安全分析參考，并用以探究建筑物在極限風(fēng)環(huán)境下的工作狀況。分別對降雨量測量記錄儀和大氣溫度計(jì)作為降雨量傳感器和溫度傳感器，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境溫度和降雨量。

2.3溫度數(shù)據(jù)檢測模塊設(shè)計(jì)分析

溫度數(shù)據(jù)檢測模塊主要針對建筑構(gòu)件內(nèi)部溫度進(jìn)行測量，并不涉及環(huán)境溫度檢測內(nèi)容。主要使用混凝土溫度傳感器，針對建筑物主體結(jié)構(gòu)中的重要建筑構(gòu)件溫度，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以供分析其受力變形、結(jié)構(gòu)狀態(tài)等工作參考。

2.4應(yīng)變檢測模塊設(shè)計(jì)分析

應(yīng)變檢測模塊在超高建筑智能監(jiān)控系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。本設(shè)計(jì)中使用WDAQ100系列智能應(yīng)變無線傳感器，對超高建筑各主要混凝土及鋼建筑構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測。該應(yīng)變傳感器具有體積小、運(yùn)行穩(wěn)定、便于拆裝等特點(diǎn)，適合在高層建筑相對狹小的空間中使用?？蔀榻ㄖY(jié)構(gòu)評價(jià)工作提高準(zhǔn)確、詳實(shí)的檢測數(shù)據(jù)。

2.5加速度檢測模塊設(shè)計(jì)分析

加速度檢測模塊主要對地震載荷、風(fēng)載荷等作用下，建筑物的加速度響應(yīng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，用以評估超高建筑的整體動力特性，并對超高建筑安全狀況、結(jié)構(gòu)健康、以及日常運(yùn)營等評測工作提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)依據(jù)。本設(shè)計(jì)選用ZigBeeWDAQ1003型號的三向無線加速度傳感器進(jìn)行檢測。該傳感器為觸發(fā)式采樣傳感器，其采樣頻率為50.0Hz，需人工定警戒閥值，當(dāng)發(fā)生地震或其他引發(fā)建筑物加速度大于閥值的事件時(shí)，傳感器開始收集建筑物加速度相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信號傳輸至最近的中心階段，最終送至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

2.6超高建筑傾斜檢測模塊設(shè)計(jì)分析

超高建筑在建設(shè)施工過程中，受環(huán)境因素或施工因素影響，易出現(xiàn)建筑主體傾斜或轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。使用單一傾斜傳感器，僅能得出建筑物轉(zhuǎn)動角度位移信息。應(yīng)用多個傾斜傳感器，即可實(shí)際測量出建筑物的水平位移具體數(shù)值。

2.7數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲及處理分析模塊設(shè)計(jì)分析

本設(shè)計(jì)中所有數(shù)據(jù)采集工作均有各數(shù)據(jù)傳感器完成。數(shù)據(jù)傳輸模式為傳感器至中心節(jié)點(diǎn)至無線局域網(wǎng)絡(luò)的模式。數(shù)據(jù)相關(guān)儲存及處理分析工作，則由數(shù)據(jù)測控中心及人工智能評測軟件系統(tǒng)共同完成。

3智能施工安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)分析

智能施工安全狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)施工安全管理相比，通過多種現(xiàn)代化科技的應(yīng)用，可實(shí)時(shí)對施工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，很大程度上減少了施工安全管理的工作量，并可迅速對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，從而對施工安全狀態(tài)發(fā)展趨勢作出合理預(yù)判，進(jìn)一步提高了施工安全管理的可靠性和有效性，其具體特點(diǎn)可大致分為以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

第一，智能監(jiān)控系統(tǒng)通過對施工的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，可將施工狀態(tài)始終控制在人工設(shè)定的指定范圍之內(nèi)，并相應(yīng)形成科學(xué)的施工狀態(tài)預(yù)測系統(tǒng)，不僅可滿足超高建筑施工安全管理要求，還可有效提高建筑施工質(zhì)量。

第二，計(jì)算機(jī)技術(shù)提供了極為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)儲存、處理功能，管理人員可隨時(shí)查看歷史數(shù)據(jù)記錄信息，也可通過不同的計(jì)算軟件，詳細(xì)計(jì)算多種安全管理數(shù)據(jù)信息。

第三，當(dāng)施工安全狀態(tài)出現(xiàn)較大波動，導(dǎo)致某一數(shù)值超出系統(tǒng)安全設(shè)定值時(shí)，智能系統(tǒng)可自動進(jìn)行安全報(bào)警，并搭配聲光報(bào)警等多種報(bào)警方式，以降低安全事故發(fā)生概率。

4結(jié)束語

施工安全問題是建筑施工管理的重點(diǎn)問題，尤其在超高建筑施工中，由于施工環(huán)境較為復(fù)雜，應(yīng)用傳統(tǒng)的施工安全管理具有較多的局限性。智能施工安全監(jiān)控系統(tǒng)對施工安全狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可有效提高安全管理效率和施工質(zhì)量，從而確保超高建筑施工順利完成。

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