超高建筑安全施工狀態智能監控系統設計

孫令旺

摘 要：超高建筑在建筑規模、觀賞性、實用性、現代性等方面，均取得了極大的突破，但在其建設施工階段，由于建筑高度過高、建筑工序繁雜，導致其安全施工管理工作開展困難，易發生施工安全問題，不僅會影響建筑建設進度，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際安全監控需求出發，就其智能監控系統相關設計方案，闡述幾點觀點。

關鍵詞：超高建筑；安全施工；智能監控系統；設計方案

現階段世界各地的經濟貿易交流日益頻繁，各城市發展迅速，就我國的城市而言，上海、南京、廣州、香港等地的經濟發展極為迅速，導致市中心土地愈發緊張，為進一步促進城市發展、提高土地利用率，上海等城市相繼建設多棟超高建筑。但在超高建筑建設過程中，受建筑施工特殊性影響，其安全施工狀態得不到保障。隨著現代科技不斷進步，借助現代科技成果，在超高建筑施工時，對其進行實時智能監控，提高施工安全性，促進超高建筑施工順利進行，具有十分重要的現實意義。

1智能監控系統的基礎構成概述

本系統主要由無線智能傳感器、無線局域網絡、數據測控中心、結構狀態預測系統、人工智能評測軟件系統構成，并由無線控制閉環進行相關控制。

無線智能傳感器分布于施工環境周圍，以采集數據并將多層次、多參數的監測數據，通過無線局域網絡傳輸至數據測控中心，進行相應的數據處理、分析，其數據分析結果傳輸至結構狀態預測系統進行施工狀態分析，最終由人工智能評測系統對施工狀態分析結果進行施工狀態趨勢分析，從而形成完成智能施工安全監控系統。

2智能監控系統具體設計內容分析

2.1定位檢測模塊設計分析

本設計方案定位檢測系統選用ZigBee定位系統，其定位基準點由ZigBee系統無線定位，并與被測移動節點相結合構成跟蹤定位網絡。該系統通過對比各節點的數據質量檢測、信號強度等信息，可獲得被測點和基準點間的聲頻信號、射頻信號信息，結合系統信號接收和發射的場強，即可具體計算出被測節點的實際位置。

WSN（無線傳感器）網絡定位算法種類較多，從實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，優點是節能，計算精度和建設成本相對適中；第二種，Bounding Box算法，是三種算法中能耗最小的，計算精度受錨節點影響較大，故而當要求其具備較高精度時，成本也隨之增加；第三種，Robust Posion算法，該算法應用兩跳法進行實際運算，計算精度最高，可將被測節點信息控制在mm級別，且無高密度錨節點設置要求，成本相對較低，但該算法能耗最大。在實際應用中，建筑單位可依據實際需求，選擇合理的定位算法，以滿足安全監控定位需求。

2.2氣象參數檢測模塊設計分析

氣象參數檢測模塊主要用于檢測風速、風向、降雨量、溫度等環境參數，由于超高建筑施工多為高空作業，遠離地面，此類環境因素會對施工人員安全性產生較大影響。

本設計方案中，選用三項超聲風速儀作為系統風力傳感器，對建筑周圍環境風速、風向等風元素變化情況進行實時監測，以供建筑施工狀態、環境安全分析參考，并用以探究建筑物在極限風環境下的工作狀況。分別對降雨量測量記錄儀和大氣溫度計作為降雨量傳感器和溫度傳感器，用以實時監測環境溫度和降雨量。

2.3溫度數據檢測模塊設計分析

溫度數據檢測模塊主要針對建筑構件內部溫度進行測量，并不涉及環境溫度檢測內容。主要使用混凝土溫度傳感器，針對建筑物主體結構中的重要建筑構件溫度，進行實時監控，以供分析其受力變形、結構狀態等工作參考。

2.4應變檢測模塊設計分析

應變檢測模塊在超高建筑智能監控系統中占據重要地位。本設計中使用WDAQ100系列智能應變無線傳感器，對超高建筑各主要混凝土及鋼建筑構件進行應變監測。該應變傳感器具有體積小、運行穩定、便于拆裝等特點，適合在高層建筑相對狹小的空間中使用。可為建筑結構評價工作提高準確、詳實的檢測數據。

2.5加速度檢測模塊設計分析

加速度檢測模塊主要對地震載荷、風載荷等作用下，建筑物的加速度響應情況進行實時監控，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、結構健康、以及日常運營等評測工作提供相應的數據依據。本設計選用ZigBeeWDAQ1003型號的三向無線加速度傳感器進行檢測。該傳感器為觸發式采樣傳感器，其采樣頻率為50.0Hz，需人工定警戒閥值，當發生地震或其他引發建筑物加速度大于閥值的事件時，傳感器開始收集建筑物加速度相關數據信息，并將數據信號傳輸至最近的中心階段，最終送至數據中心進行相應的數據處理。

2.6超高建筑傾斜檢測模塊設計分析

超高建筑在建設施工過程中，受環境因素或施工因素影響，易出現建筑主體傾斜或轉動現象。使用單一傾斜傳感器，僅能得出建筑物轉動角度位移信息。應用多個傾斜傳感器，即可實際測量出建筑物的水平位移具體數值。

2.7數據采集、傳輸、存儲及處理分析模塊設計分析

本設計中所有數據采集工作均有各數據傳感器完成。數據傳輸模式為傳感器至中心節點至無線局域網絡的模式。數據相關儲存及處理分析工作，則由數據測控中心及人工智能評測軟件系統共同完成。

3智能施工安全狀態監控系統特點分析

智能施工安全狀態監控系統與傳統施工安全管理相比，通過多種現代化科技的應用，可實時對施工狀態進行監控，很大程度上減少了施工安全管理的工作量，并可迅速對數據進行科學分析，從而對施工安全狀態發展趨勢作出合理預判，進一步提高了施工安全管理的可靠性和有效性，其具體特點可大致分為以下幾點內容。

第一，智能監控系統通過對施工的實時監控和數據分析，可將施工狀態始終控制在人工設定的指定范圍之內，并相應形成科學的施工狀態預測系統，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量。

第二，計算機技術提供了極為強大的數據儲存、處理功能，管理人員可隨時查看歷史數據記錄信息，也可通過不同的計算軟件，詳細計算多種安全管理數據信息。

第三，當施工安全狀態出現較大波動，導致某一數值超出系統安全設定值時，智能系統可自動進行安全報警，并搭配聲光報警等多種報警方式，以降低安全事故發生概率。

4結束語

施工安全問題是建筑施工管理的重點問題，尤其在超高建筑施工中，由于施工環境較為復雜，應用傳統的施工安全管理具有較多的局限性。智能施工安全監控系統對施工安全狀態進行實時監控，可有效提高安全管理效率和施工質量，從而確保超高建筑施工順利完成。

參考文獻：

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