基于建筑工程安全預警的云計算與大數據管理技術研究

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510006)

引言

目前我國正處于大力發展城市化建設的高峰時期，高層建筑正在不斷涌現，隨著我國科技發展水平的不斷提高，人民群眾對建筑工程安全問題的掌控也不斷加強。與此同時，建筑工程質量事故發生概率也在逐年上漲，舊建筑、橋梁不斷增加，其質量問題及預警現狀令人堪憂。2009年6月，上海“蓮花河畔景苑”7號樓整體倒塌[1]。2012年12月16日中午，寧坡江東區居民樓倒塌，倒塌的房子是一座1989年建造的6層建筑，是預制板建筑[2]。2015年6月，遵義市紅崗區一座居民樓發生局部垮塌。根據國家統計局數據，2017年1-11月房屋市政工程生產安全事故612起，死亡人數709人，同比上升33.27%。“80后”、“90后”房屋進入老齡化，大面積危舊房屋的出現，給管理帶來了新的難題。

一、傳統建筑工程安全監測的方法及缺點

(一)傳統建筑工程安全監測的方法

房屋結構健康監測的指標包括：位移監測、裂縫監測、傾斜沉降監測、應力應變監測[3]。位移是指房屋因受力產生的水平方向的移動，可用激光測距儀、水準儀、拉線等方法檢測。裂縫是指混凝土與砌體結構建筑墻體的開裂結構變形，裂縫寬度可用裂縫卡、刻度放大鏡、讀數顯微鏡等檢測，裂縫深度可用鑿開法、超聲波法等方法檢測。傾斜沉降是由于人為或地基問題，結構年久失修、承載力下降、外部荷載變化引起的，一般采用水準儀、經緯儀、電子全站儀和鋼尺進行檢測。

(二)傳統房屋安全監測的缺點

(1)傳統的房安全監測需要大量的技術人員和設備進行數據采集，而且從采集數據到處理數據至反饋數據結果耗時長，成本高且數據分析難度大；提供最終測量結果周期長，對結構安全與否無法及時作出判斷。

(2)前后采集數據的連續性和準確性及可對比性差，惡劣環境下對監測人員的安全難以保證。

(3)對現場技術人員鑒測工作規范性監管難限大，且數據透明度不高。

(4)傳統安全監測工作全由監測單位包攬，沒有調動住戶的參與度，沒讓最關心房屋安全的群體參與到監測工作中來。

(5)傳統治理手段一般分為：騰空、加固、拆除，都存在精力消耗大、時間成本長、資金成本高等問題。

二、建筑工程安全監測云平臺

(一)監測系統的背景及概述。近年來隨著信息技術的發展，以數字化信息為核心的信息系統對建筑工程建設領域原有的技術模式、監測及預警產生了深淵的影響，人們逐漸從建立表格、填充數據和人工計算中解脫出來，云端計算以及大數據管理技術為解決現存監測預警手段的不足提供了重要途徑。在我國，為了做到實時甚至預先掌握工程性能的狀態變化，需要完善監測采集措。為此需要研發一套數據采集、數據展示、數據儲存于一體的監測預警系統，從而實時在線地對數據進行處理，并將結果呈現給用戶，輔助其及時做出相應決策。

(二)監測系統的設備組成及操作流程。房屋監測系統是將結構安全監測與物聯網結構體系、云計算、通訊網等多網無縫連接技術、海量節點數據并行職能處理等技術結合，建立完整的結構安全監測系統。首先在房屋的危險點布置傳感器，通過傳感器監測結構的位移、傾斜沉降、應力應變、裂縫等信息，然后通過節點的形式用無線 DTU 組網方式(即通過采集儀、遠程無線傳輸模塊)將數據傳輸至云平臺，數據經分析處理后，項目人員可通過電腦、手機等終端登陸平臺查看房屋的安全狀況，數據一旦超出設置的預警值立即啟動應急方案，同時，最關心房屋安全的業主們也可以通過客戶端隨時查看房屋的安全信息，達到數據共享的目的。

(三)建筑監測系統的優點。建筑監測系統功能包括：實時監測(實時掌握房屋安全運行的狀態)、項目管理(方便管理人員與用戶管理)、多方巡查(住戶可參與巡查工作，發現問題可通過掃二維碼把圖片、文字、數據傳至終端)、結果推送(定期把監測結果推送到用戶)、信息共享等，具有規范、實時、準確、預警、經濟、高效的特點。

該系統的優勢有：

(1)改進傳統的測量儀器，對設備傳輸功能進行分析，通過人工采集數據與測量儀器相結合的手段，實現科學、高效的監測預警體系。

(2)對計算方法進行分析，采取到的數據通過云端計算，形成規范、準確的報表，以促進預警結果的真實性。

(3)開發建筑工程安全預警大數據管理技術，實現監測數據共享，為工程安全技術管理提供有效的支持和服務，以增加工程監測的質量及效率。

(4)建立人機互交平臺，項目建設方以及施工方都可在遠端通過客戶訪問端及時了解項目的各項指標信息，作出有效決斷。

(四)建筑監測系統的關鍵要點。擬解決的關鍵問題及技術路線針對建筑工程預警系統對數據處理的及時性、規范性和準確性要求，同時結合監測業務生產流程，半自動監測關鍵技術問題主要在于：系統的接口、測量數據的解算、預警及數據后處理等問題。

(1)現場監測設備與半自動化監測系統接口是監測系統功能實現的關鍵環節，接口數據的內容、格式及接口方式等是否規范，直接關系到數據的完整性和系統的整體性能。

(2)服務器端通信模塊收到現場設備端上傳監測數據后按預設公式進行運算，運算完成后對數據進行分發處理。一份數據保存到數據庫中，進行數據備份，另一份傳遞給數據通信模塊。其中，如何把控好采集數據的云計算分析過程是監測系統的核心點。

(3)數據處理結束后，項目參建單位可通過客戶端訪問服務器云端數據中心，查詢工程文檔、進度數據、監測成果等及各項項目信息。探索一款更為直觀、簡明的客戶端也是本項目研究重點之一。

三、結論

本項目主要針對的是對采取的監測數據進行云端計算與數據儲存，采取半人工半自動化監測技術能有效節省經濟資源。隨著云計算與大數據管理的廣泛應用，施工現場的專業人員也能充分發揮自身價值且能有效規避一些不符合操作的操作方式，這樣能更加完善施工現場的安全施工原則。同時業主以及監管部門也能及時有效的了解施工現場的各項指標，使建筑工程施工達到更加安全的狀態。