建筑智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用

□文/劉樂(lè)園

信息技術(shù)的快速發(fā)展促使建筑行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)加速融合，綠色建筑的智慧建造成為新的課題，以往粗放型的施工建造和管理方式已經(jīng)跟不上時(shí)代的發(fā)展，更加先進(jìn)的數(shù)字化、智慧化管理的出現(xiàn)也就水到渠成了[1]?！爸腔酃さ亍痹谖覈?guó)一些大的城市正在大力推廣，北京、上海、深圳、南京、武漢等地[2]已經(jīng)取得了一定的成效，但是仍處于初級(jí)階段，還有很大的發(fā)展空間。

1 綠色建筑智能監(jiān)測(cè)技術(shù)

為更好的打造“智慧工地”，將過(guò)程實(shí)施和后期運(yùn)行的數(shù)據(jù)全面、真實(shí)、及時(shí)地進(jìn)行收集，為結(jié)構(gòu)安全和施工管理提供更有利的保障，研究出一款集成化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理平臺(tái)，將各類監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成在同一管理平臺(tái)界面，在建筑建造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)PC 端和移動(dòng)端實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)行施工組級(jí)、項(xiàng)目部級(jí)和公司級(jí)的三級(jí)分級(jí)權(quán)限管理，滿足分級(jí)式數(shù)據(jù)共享，公司統(tǒng)一監(jiān)控管理的要求。見(jiàn)圖1。

圖1 集成化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采用具備通訊功能的各類傳感器，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)工作智能化，將施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析，有效地提高項(xiàng)目管理和現(xiàn)場(chǎng)管理的效率。

2 集成化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與優(yōu)化

2.1 平臺(tái)框架

常用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有閘機(jī)系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防管理系統(tǒng)、基坑變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、基坑周邊構(gòu)筑物沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[3]、大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]等；該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理平臺(tái)在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)了項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、大型設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、架體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和抗震支座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 專用傳感器的選擇

1）項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的傳感器：智能水表、智能電表、互感器等。

2）大型設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的傳感器：塔吊黑匣子、壓力傳感器等。

3）架體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的傳感器：傾角傳感器、拉壓軸力計(jì)、靜力水準(zhǔn)儀等。

4）抗震支座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的傳感器：位移傳感器。

2.3 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

2.3.1 項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)各區(qū)域用水量、用電情況監(jiān)測(cè)等。其中用電監(jiān)測(cè)包括電柜的電流、電壓、負(fù)荷、電量等參數(shù)的監(jiān)控統(tǒng)計(jì)以及辦公室用電設(shè)備的電流監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)查看用電負(fù)荷、合理分配用電設(shè)備、提示辦公室用電設(shè)備開(kāi)關(guān)狀態(tài)、節(jié)約用電和消除安全隱患等功能。

2.3.2 大型設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

將黑匣子的數(shù)據(jù)，如行程、重量、傾角等傳送到管理界面，便于實(shí)時(shí)掌控塔吊運(yùn)行情況，對(duì)違規(guī)操作及時(shí)提示；卸料平臺(tái)荷載監(jiān)控（超載提示）；升降電梯智能改造等[5]。

2.3.3 架體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

架體傾斜變形監(jiān)測(cè)、架體桿件軸力監(jiān)測(cè)、架體壓縮變形監(jiān)測(cè)、架體基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)等[6]。

2.3.4 抗震支座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采集部分隔震支座的垂直方向和水平方向的位移數(shù)據(jù)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

3.1 項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)智能水表、智能電表、互感器對(duì)施工區(qū)及辦公區(qū)的水電能耗進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，同時(shí)通過(guò)分析水電用量的消耗，發(fā)現(xiàn)水管破裂，及時(shí)安排人進(jìn)行維修，將損失降到最低；同時(shí)嚴(yán)格控制最大消耗點(diǎn)，最終達(dá)到了合理使用水電資源和降低水電能耗的目的。見(jiàn)圖2。

圖2 水電能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 大型設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為保證施工機(jī)具在施工過(guò)程中安全可靠，對(duì)違規(guī)操作提前發(fā)現(xiàn)、及時(shí)提示與制止，保證設(shè)備正常運(yùn)行及效率，對(duì)塔吊安裝黑匣子、拉壓傳感器、滑動(dòng)變阻等設(shè)備，將運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)傳送到監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)上，實(shí)時(shí)掌控大型設(shè)備的運(yùn)行情況。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)東側(cè)塔吊回轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)異常。見(jiàn)圖3。

圖3 大型設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

為保護(hù)塔吊電纜不因一個(gè)方向過(guò)大轉(zhuǎn)動(dòng)造成損壞，正?；剞D(zhuǎn)角度范圍在-720°～720°，但圖3 中的回轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)超出正常范圍，分析可能存在一個(gè)方向過(guò)度轉(zhuǎn)動(dòng)的情況；與塔吊司機(jī)溝通發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在過(guò)度轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，及時(shí)糾正，保證了塔吊正常運(yùn)行。

3.3 架體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了控制混凝土澆筑過(guò)程中架體可能產(chǎn)生的變形，避免發(fā)生質(zhì)量和安全隱患，在高大模板架體上安裝傳感器，對(duì)支撐架體的相關(guān)變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)架體在模板支設(shè)和鋼筋綁扎過(guò)程中，傾角監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常，01點(diǎn)位Y方向出現(xiàn)6.886°的傾角變化。見(jiàn)圖4。

圖4 架體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

對(duì)傾角異常的問(wèn)題，立即現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置架體確實(shí)出現(xiàn)傾斜，對(duì)整個(gè)架體進(jìn)行檢查并調(diào)整。

3.4 抗震支座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

建筑的隔震支座出現(xiàn)較大變形時(shí)，會(huì)使隔震支座的性能降低甚至?xí)?duì)結(jié)構(gòu)造成破壞，利用位移傳感器對(duì)隔震支座進(jìn)行施工過(guò)程及后期健康管理的全生命周期監(jiān)測(cè)，同時(shí)監(jiān)測(cè)X、Y、Z三個(gè)方向的變形，保證隔震支座的穩(wěn)定狀態(tài)。隔震支座監(jiān)測(cè)設(shè)備將作為永久監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行保留及保護(hù)。

4 優(yōu)勢(shì)

1）便于操作，不受施工條件復(fù)雜，人工采集數(shù)據(jù)不安全的限制。

2）無(wú)線傳輸，時(shí)效性好，提示及時(shí)，提高了施工環(huán)節(jié)的管理效率。

3）采集頻率高，數(shù)據(jù)量大，連續(xù)性好，分析價(jià)值高。

4）系統(tǒng)綜合性強(qiáng)，具有可兼容性。

5 結(jié)語(yǔ)

利用集成化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)管理平臺(tái)，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各子系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效結(jié)合，對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程實(shí)施精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化、數(shù)字化管理及分級(jí)權(quán)限，從而全方面掌控建筑運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)告，提高運(yùn)行質(zhì)量，為綠色建筑的智慧建造提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步加強(qiáng)了建筑結(jié)構(gòu)安全和施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)和管理，特別是項(xiàng)目能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、大型設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、架體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗震支座監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有很大的推廣前景。