基于物聯(lián)網(wǎng)的文保建筑健康監(jiān)測(cè)

【摘要】

基于物聯(lián)網(wǎng)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在某文保建筑于鄰近基礎(chǔ)施工期間的變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用。闡述了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的框架、監(jiān)測(cè)方法、測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的相關(guān)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果驗(yàn)證了該健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，該系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了鄰近樁基施工期間該文保建筑變形監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為其安全了提供保障。

【關(guān)鍵詞】文保建筑； 變形監(jiān)測(cè)； 物聯(lián)網(wǎng)； 健康監(jiān)測(cè)

【中圖分類號(hào)】TU196+.1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2024-06-17

［作者簡(jiǎn)介］耿麗（1986—），女，碩士，高級(jí)工程師，從事工程檢測(cè)鑒定工作；卓炳燦（1990—），男，本科，工程師，從事工程檢測(cè)鑒定工作；吳小波（1978—），男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事工程檢測(cè)鑒定工作；吳燊（1982—），男，本科，高級(jí)工程師，從事工程檢測(cè)鑒定工作。

0 引言

建筑遺產(chǎn)的預(yù)防性理念日益受到重視，逐漸替代以往以修復(fù)為主的保護(hù)方式。結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)是建筑遺產(chǎn)預(yù)防性監(jiān)測(cè)重要的一部分，其包含變形監(jiān)測(cè)和力學(xué)響應(yīng)監(jiān)測(cè)兩部分［1］，其中變形監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容是結(jié)構(gòu)物的傾斜、沉降、位移開裂等。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康在線實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)、評(píng)估與損傷定位的技術(shù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理中心適時(shí)報(bào)告結(jié)構(gòu)狀態(tài)［2］。

為實(shí)現(xiàn)鄰近地塊基礎(chǔ)施工期間對(duì)文保建筑健康狀況的有效監(jiān)控管理，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)該結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)提出了相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)布置方案，結(jié)合監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)了多物理量實(shí)時(shí)采集及多功能數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)，分析了鄰近基礎(chǔ)施工期間該文保建筑的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。并結(jié)合定期人工檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，數(shù)據(jù)的一致性驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性和有效性。

1 工程概況

該文保建筑為磚木混合結(jié)構(gòu)，主要采用木柱、木梁及山墻組成的承重體系。平面上呈“目”字形的三進(jìn)院落，建于民國(guó)初期，占地面積約2 270 m2，房屋原作為住宅使用，目前空置。房屋正房為兩層，廂房為單層，廂房與正房交界處設(shè)置變形縫，該文保建筑外觀詳見(jiàn)圖1。鄰近地塊基礎(chǔ)施工前現(xiàn)場(chǎng)檢查正房與廂房交界處墻體明顯脫開，部分墻體沿灰縫開裂，個(gè)別墻體嚴(yán)重鼓閃或開裂。

鄰近地塊擬建6棟高層住宅，主要采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，靠近文保建筑處基坑支護(hù)采用雙排SMW工法樁加鋼筋混凝土支撐，基層與文保建筑最近間距約13 m，為了解鄰近基礎(chǔ)施工期間，該文保建筑的安全狀況，特對(duì)其進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 測(cè)點(diǎn)布置方案

鄰近建筑基礎(chǔ)施工期間，因樁基施工、基坑開挖產(chǎn)生擾動(dòng)、擠土效應(yīng)及地下水位下降等問(wèn)題導(dǎo)致周邊地面振動(dòng)、不均勻沉降，對(duì)該文保建筑產(chǎn)生傾斜及墻體開裂、倒塌等影響。該建筑年久失修，損壞嚴(yán)重，鄰近地塊施工會(huì)對(duì)其影響較大，為掌握基礎(chǔ)施工期間對(duì)該文保建筑變形等影響狀況，分別進(jìn)行沉降、裂縫位移及傾斜監(jiān)測(cè)。在建筑外墻處設(shè)置8個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)（CD1～CD8），采用靜力水準(zhǔn)儀傳感器進(jìn)行沉降觀測(cè)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)墻體開裂狀況及結(jié)構(gòu)布置在該文保建筑正房與廂房交接處、重要承重墻體開裂處，采用高精度裂縫計(jì)進(jìn)行裂縫監(jiān)測(cè)，共布設(shè)7個(gè)裂縫位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)（LF1～LF7）；并在建筑外圍承重墻體安裝傾角儀傳感器對(duì)墻體構(gòu)件水平徑向和水平切向的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共計(jì)布設(shè)7個(gè)傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)（QX1～QX7）。具體布設(shè)位置詳見(jiàn)圖2，傳感器現(xiàn)場(chǎng)安裝照片詳見(jiàn)圖3。

2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)鄰近基礎(chǔ)施工期間對(duì)該文保建筑的健康監(jiān)測(cè)，基于模塊化設(shè)計(jì)理念，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、結(jié)構(gòu)健康評(píng)估4個(gè)子系統(tǒng)模塊。以沉降、裂縫位移、傾斜傳感器為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)感知層，構(gòu)建以傳感器節(jié)點(diǎn)、通信路由器與基站進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互的網(wǎng)絡(luò)層，開發(fā)集成數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備管理和報(bào)警維護(hù)等多種功能的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析層。傳感子系統(tǒng)由3種不同類型共22個(gè)傳感器組成。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)交荆涩F(xiàn)場(chǎng)基站向傳感子系統(tǒng)發(fā)送采集指令，實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集。經(jīng)內(nèi)部局域網(wǎng)，基站將原始數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理。根據(jù)規(guī)范要求及工程情況在健康評(píng)估模塊設(shè)定預(yù)警閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)該限值時(shí)，系統(tǒng)向項(xiàng)目組發(fā)送短信提醒。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

鄰近建筑于2018年11月底開始樁基施工，2019年1月底進(jìn)行基坑開挖及支護(hù)作業(yè)，4月份完成基礎(chǔ)工程。對(duì)照鄰近建筑樁基施工情況，該文保建筑健康智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2018年11月20號(hào)開始運(yùn)行，監(jiān)測(cè)至2019年9月初。

監(jiān)測(cè)期間沉降及裂縫位移、傾斜曲線詳見(jiàn)圖4、圖5。由圖3可知，18年11月底至19年2月底由于靜壓樁施工產(chǎn)生的擠土效應(yīng)及基坑開挖過(guò)程中導(dǎo)致的水位下降，文保建筑周邊地面出現(xiàn)不均勻沉降，多處沉降點(diǎn)日均變化量超出限值要求［4］，毗鄰工地一側(cè)的測(cè)點(diǎn)CD3沉降量較大，且累計(jì)沉降量已超出限值要求。

由圖5（a）～圖5（c）曲線可知，監(jiān)測(cè)期間建筑裂縫位移呈現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng)，其中正房與廂房交接處的LF2處裂縫位移增長(zhǎng)最大，監(jiān)測(cè)期間所測(cè)裂縫寬度變化量及累計(jì)傾斜率已超出規(guī)范限值要求［5］，且持續(xù)發(fā)展。圖5（d）～5（f）曲線表明，靠近工地側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)QX2的Y向（向工地側(cè)）傾斜變化量最大，該值與測(cè)點(diǎn)QX3、QX4的X向（向工地側(cè)）的累計(jì)傾斜率超出控制值且監(jiān)測(cè)期間持續(xù)發(fā)展［4］。

該監(jiān)測(cè)結(jié)果與人工測(cè)量值進(jìn)行復(fù)核，結(jié)果表明在誤差允許范圍內(nèi)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)果具有可行性和有效性。監(jiān)測(cè)期間當(dāng)沉降、裂縫位移及傾斜量超出閾值時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警通知，項(xiàng)目組通知委托方采取相應(yīng)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）對(duì)文保建筑等建設(shè)年代久遠(yuǎn)的歷史建筑，鄰近基礎(chǔ)施工期間要加強(qiáng)對(duì)其變形監(jiān)測(cè)，避免因基礎(chǔ)施工、基坑開挖而引起地基不均勻沉降導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受損產(chǎn)生安全影響。

（2）鄰近基礎(chǔ)施工對(duì)文保建筑的影響，可通過(guò)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)相比，具有性能穩(wěn)定、實(shí)時(shí)反映建筑健康狀況，是一種便捷、科學(xué)有效的監(jiān)測(cè)方式。

參考文獻(xiàn)

［1］ 孟哲.江南地區(qū)傳統(tǒng)木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究［D］.南京：東南大學(xué)，2018.

［2］ OU JINGPING， LI HUI. Structural health monitoring in mainland China：review and future trends［J］.Structural Health Monitoring，2010，9（3）：219-231.

［3］ 沈澍，蔣唯樂(lè)，單玥，等.基于無(wú)線傳感網(wǎng)的古建筑健康監(jiān)測(cè)技術(shù)［J］.中國(guó)測(cè)試，2017（11）：64-69.

［4］ 建筑變形測(cè)量規(guī)范： JGJ 8-2016［S］.北京：中國(guó)工業(yè)建筑出版社，2016.

［5］ 民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)： GB 50292-2015［S］.北京：中國(guó)工業(yè)建筑出版社，2015.