全自動化無線多點式溫測系統遠程監測大體積混凝土內部溫度施工技術

李青 黃展業 黃永忠 蘆嘉怡

摘 ? ?要：隨著我國科學技術和經濟不斷推進，我國城市建設正處于高速發展階段，但是我國土地資源較為稀少，在建筑過程中需要采用更好的技術充分提高建筑物空間，建設大體積混凝土和超規模施工建筑物趨勢越來越明顯，大體積混凝土施工會因為內部溫度的變化，熱脹冷縮使得建筑物產生裂縫。因此，本文主要針對全自動化無線多點式溫測系統遠程監測大體積混凝土內部溫度施工技術進行總結，從而有效防止大體積混凝土施工中受到內部的溫度影響。

關鍵詞：無線多點式溫測系統;遠程監測;大體積混凝土;內部溫度

1 ?前言

大體積混凝土施工在各個建筑工程中的應用非常廣泛，所謂大體積混凝土，在實際施工中主要包含兩個概念：①大體量混凝土在實際修建中其最小幾何尺寸不小于一米;②因膠凝材料水化，致使建筑內部出現溫度變化，或材料收縮致使材料內部出現裂縫的混凝土。基礎澆筑階段，混凝土內部在逐漸凝固過程，會釋放出大量的混凝土水化熱，這些能量的釋放會在建筑物內部表現出漸變的溫度，逐漸呈現出高溫差。加上建筑物內部，在不同位置，熱量很難得到有效的釋放，最終導致混凝土內外部產生拉應力和壓應力，出現溫度裂縫。裂縫的產生造成嚴重的安全隱患，上下裂縫嚴重會形成貫穿和滲漏，建筑物內的鋼筋會因為裂縫接觸空氣，逐漸反應出現銹蝕。這些不利因素直接對混凝土的耐久性造成影響，本應該有70年使用壽命的建筑，可能會因此埋下重大隱患。因此，本文以北京南寧大廈項目為例，總結全自動化無線多點式溫測系統遠程監測大體積混凝土內部溫度施工經驗，供同類工程參考。

2 ?工程概況

北京南寧大廈項目，總建筑面積為35000m2，主樓采用筏板基礎，筏板厚度2.0m～3.0m，裙樓及地下室部分采用獨立基礎，局部基礎采用螺旋灌注樁基礎，底板厚度為800mm。為了保證本項目筏板及底板大體積混凝土的施工質量，計劃底板、筏板、樓板、剪力墻砼計劃采用“跳倉法”施工，設置水平施工縫，對底板進行分層次分塊澆筑。對部分區域G倉分區建筑基礎及主體筏板混凝土澆筑完成后對筏板進行溫度監測，利用無線多點式全自動化遠程測溫技術，及時掌握混凝土塊體內部溫度的實時數據以及變化規律。

3 ?技術原理

提前預埋多個自動化監測元器件，通過多通道振弦采集器對多個溫度傳感器數據進行采集，由GPRS數據采集終端無線發送數據至云服務器，系統調取云服務器的溫測數據進行處理，通過系統可實時查看采集數據，并形成直觀的溫差曲線圖和出具報表數據，實現全自動化遠程監測溫度。此外，當系統發現大體積混凝土各監測點或與大氣溫度之差超過一定數值的時候，可實現自動報警，并通過手機短信的方式及時通知相關負責人，指導項目部結合實際情況和科學依據，制定出對應的措施，更好的將混凝土的內外溫差控制在可掌握范圍內，在臨界值之上完成建筑物的澆筑，降低溫差應力造成裂縫的概率[1]。

4 ?施工工藝

4.1 ?施工工藝流程

監測元器件的選擇→編制監測方案→測溫點位布設→溫度傳感器埋設及線纜安裝→監測方法及頻率→系統登錄、操作培訓→監測數據及展示→信息收集反饋及應急措施。

4.2 ?監測元器件的選擇

WD120溫度傳感器：作為一種埋入式傳感器，這種傳感器在監測領域中已經有成熟的應用，在建筑行業內，這種傳感器主要是對混凝土施工進行溫度控制、對水工建筑物進行溫度測量。從結構上分析，堅硬的不銹鋼外殼內包含著核心器件：半導體熱敏電阻，配上專用電纜，故而具備了四項優異的性能：①超高防水性;②超高的靈敏度;③使用精度非常準確;④設備可靠性值得信賴。

F16多通道振弦采集儀是專業的溫度傳感信號采集儀，可對16通道振弦頻率，16通道熱敏電阻，16通道通用標準電壓或電流信號進行實時在線采集，自動定時采集存儲。一路可調電源輸出為模擬傳感器定時供電，可將16路振弦頻率信號實時轉換為模擬電壓或電流信號。FD01單通道振弦采集儀原理與F16多通道振弦采集儀相同，但只能傳輸一條通道一個溫度傳感器的數據，當溫度傳感器多于16個的時候，可考慮采用。

JH-RS485 GPRS無線數據采集終端一般應用MODBUS協議：串口數據與IP數據能夠通過SIM卡聯網后，連接服務器中心，從而使得二者能夠很好的實現轉換，實現數據通訊和管理。支持各類組態軟件和自編程軟件的對接，最終通過無線通信GPRS/3G/4G網絡進行數據傳輸的無線終端設備（業內簡稱DTU）。

使用出廠標定并在有效期內的監測元器件，按照先檢驗后安裝監測元器件的原則，在進行檢驗并取得合格證后進行安裝，并進行監測元器件的調試，能夠正常工作才算完成安裝;如有異常，需要重新安裝或是更換監測元器件。

4.3 ?編制監測方案

為確保監測工作順利展開需要將整個方案進行編制，全面了解工程概況，針對工程的特點以及監測的混凝土內部結構，對監測工作要點做出合理的安排，確定整個監測的方向，并指導整個監測工作的重點，起到統籌規劃的目的。

4.4 ?測溫點位布設

想要獲得更加全面、更加準確的大體積混凝土內部的溫度情況，需要根據實際的澆筑和體積大小進行測溫點的埋設。其位置應該具有很強的代表性，一般選擇部位應該滿足以下五點：①溫度變化大、②容易散熱、③外界環境的影響會使得溫度變化非常明顯、④絕熱溫升最大、⑤在建筑體內呈現出的收縮拉應力相對最大，在測點布置上需要結合澆筑結構的斷面尺寸和平面尺寸綜合考量。

溫度監測點的布置必須圍繞以下三點展開：①混凝土塊體里外溫差能夠真實呈現出來、②降溫速度可呈現出來且具有很高的真實性、③環境溫度。可參考以下幾點：

（1）布置范圍：矩形以對稱軸線作為測溫區，其余形狀均可根據對稱軸的半條軸線作為測溫區。所有的測點均在測溫區內進行選擇完成布置。

（2）監測的位置和數量可遵循建筑體內部的溫度場分布完成，根據溫度控制的具體要求來確定。

（3）選擇測溫區完成測溫點的布置，宜選擇中心位置，將其均勻的布置，一般來說采用梅花形布置更好。

（4）外表溫度測量先選定參照點，深入參照點內（100±50）mm處進行測量，所得的溫度視作標準。

（5）表面溫度測量，以混凝土澆筑塊體底表面作為參照點，在其上方（100±50）mm處完成測量所得到的溫度為準。

4.5 ?溫度傳感器埋設及線纜安裝

在底板施工期間提前埋設溫度傳感器，溫度傳感器的線纜沿著鋼筋走向布置，同時把線纜穿好PVC管，見圖3。每隔兩米左右用鐵絲將管線綁扎在鋼筋下方，在管線上方做好標識并交代工人注意避讓。在預先選好的地方用彎頭做好線纜的布置，將溫度傳感器垂直放置到所需監測部位，減少破壞。多通道振弦采集器或單通道振弦采集器、GPRS數據采集終端統一集中安裝在電箱內，做好警示標識以及電源、線纜的保護，防止在施工過程中遭到破壞。溫度傳感器的線纜連接電箱內的多通道振弦采集器，對溫度傳感器進行數據采集，由GPRS數據采集終端上傳數據至云服務器。

4.6 ?監測方法及頻率

每天監測前對使用儀器進行自檢，確認儀器運轉情況，定期對儀器進行保養。溫度監測時間的第0天自大體積混凝土澆筑完畢開始，止于澆筑后的第14天。最初因建筑內部溫升相對更快，在第1～7天，按照2個小時一次的頻率完成溫度反饋;在第7～14天，后則每4個小時進行一次溫度反饋。

選擇多個監測點的溫測數據，以此來對比大體積混凝土內部各監測點，也可以選擇大氣溫度的溫度之差進行對比。舉例來說：選擇參考點以內100mm處視作測溫點A（面），參考點的內部垂直中部視作測溫點A（中），底表面以上100mm處視作測溫點A（底），各測溫點之間的對比關系見表1。

根據相關規范，混凝土內部的各測溫點溫度在25℃以內，外表和底表測溫點的溫度在20℃以內，當發現溫差超過一定數值時，立即告知負責人，并采取對應的應急措施，內外溫差做好及時有效的控制能夠很大程度上避免開裂。監測過程中若儀器出現異常，需要立即停止測試，并對儀器進行維修或調換，與此同時，對設備故障所監測的數據全部進行重新監測。

4.7 ?系統登錄、操作培訓

通過舉辦系統培訓會，保證工程項目管理人員和主管業務部門更好的應用系統，并編制印發系統操作指導手冊，讓應用人員更熟練地操作系統各個功能模塊。

系統的登錄可通過手機端和電腦端網頁輸入地址登錄，只要有網絡即可保證隨時隨地進行數據查閱。

進入系統后首先看到的是項目運行情況總覽，該界面可以掌握在線項目數量，完結數量及項目是否有異常情況，第一時間掌握項目動態情況，并且可以從右側地圖了解項目分布區域，更好地管理項目及項目的分配，有助于項目更好，更科學的開展。

進入系統后，新建項目先登記各項目各參建單位聯系人信息登記表（如下圖所示），需要填寫相關單位信息，聯系人電話。該項目登記表不僅可以實現存儲功能，而且可以實現異常情況第一時間以手機短信方式通知各參建單位的聯系人電話，實現及時掌握，及時商討應對措施，避免工程事故的發生。

系統在建好項目后，需要根據具體實際情況設置各項參數，選擇不同測位的溫度傳感器，以及各溫度傳感器的監測頻率、周期[2]。

4.8 ?監測數據及展示

通過系統查看溫差曲線圖以及監測總報表數據。系統上可以查看各監測點數據曲線圖，掌握每個監測點的變化情況，為數據的分析提供一個可靠地依據，并且可以根據目前情況預測以后的變化情況，實現數據平臺化，可視化，見圖4。選取5.2m大體積混凝土澆筑塊體，砼強度等級為C35的測溫過程為例，系統上可以查看項目總數據、篩選測溫點對比數據、告警日志，導出所需數據、報表，導出報告或者從指定數據導出報告。

4.9 ?信息收集反饋及應急措施

目前絕大多數溫度監測系統所遵循的采集制度是實時采集，這樣得到的數據量最大化，信息量也最多，可是隨之而來的問題是數據量太多了，以至于沒有足夠的人力資源進行處理分析，而且得到的信息中有很多是重復的冗余信息[4]。這種情況使得重要的信息不突出，導致其湮沒于眾多巨大的信息中，造成了主次不分明的問題，很容易使重要的信息被遺漏，給溫度的監測以及預警帶來極大的麻煩。因此測溫數據采集中必須有采集優化方法，以便能采集到有意義的數據，盡可能減少重復性的、冗余的、日常性的數據。

本工程應用的無線多點式溫測系統完成監測后，系統將監測過程數據以及結果進行全自動化整理，然后匯總、處理，儲存到數據庫中，最后打印出具監測報告，作為施工資料進行存檔，同時為以后研究混凝土內部溫度變化規律提供了最直接的數據。

在南寧民族大飯店項目大體積混凝土澆筑完第二天，系統自動報警，基礎混凝土內外溫差超過了25℃，項目部及時采取加蓋草杉、棉被等應急措施降低混凝土內外溫差，從而避免了混凝土因內外溫差過大引起混凝土脹裂，保證了基礎混凝土的質量。

5 ?質量控制

現場監測元器件的安裝質量應保證位置準確，確保防護措施的完善，重視雨淋情況或碰撞情況，澆筑階段需要有專人進行監督和檢查。所有監測點全部選擇紅色的醒目標志進行標識，現場進行作業的工人應該得到全面、深入的宣教，最大程度上避免因人為影響對監測點進行影響，出現異常變化的監測點需要進行復核。在混凝土澆筑施工過程中，安排專人對埋設的監測點及監測設備進行定期巡查[3]。

所有元器件數據以無線完成傳輸，選擇GPRS/3G/4G網絡，控制設備的靈活運用后還能夠實現遠程控制。這種無線傳輸對設備數據完成采集和控制的過程，更加簡單方便，表現出異常后現場管理人員也能夠及時檢查并處理。

系統的研發應滿足一定的功能，系統由感知層、傳輸層和運用層組成，具體的七個系統能夠在各層面上實現協調，實現系統的各種功能，能夠很大程度上實現可靠、經濟、合理的原則。其中最具有影響力的監測系統作為一種提供獲取實時變化信息的工具，能夠幫助決策者在制定的目標之下完成正確的決策。

6 ?總結

綜上，傳統的測溫施工工序繁瑣，存在數據不精準的問題，而無線多點式溫測系統可以實現全天候無人實時監測，全自動化遠程獲取大體積混凝土內部溫度變化的數據，相應主管部門或者項目部通過采集到的數據情況，及時采取必要的工程應急保養措施，確保內部溫度的變化不會在建筑物內部排放困難，形成裂縫，從而為建筑結構的施工質量添上保護傘。

針對全自動化無線多點式溫測系統遠程監測大體積混凝土內部溫度施工技術，想要有效改善大體積混凝土內部溫度，需要通過有效的施工方法，以測溫設備完成監控，確保建筑物內部溫度在可控范圍內，降低施工過程中存在的風險事故，使建筑質量得到有效提高。無線傳輸數據，多點式監測溫度，全自動化遠程采集數據，溫差數據自動形成曲線圖直觀反映，有利于及時采取混凝土應急養護措施。

參考文獻：

[1] 于兵，程飛，徐東方.特大橋超厚大體積承臺混凝土溫控技術的探討[J].水電站設計，2019（2）：42～44.

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[3] 呂世鯤.大體積承臺混凝土水化熱仿真模擬計算及溫控方案優化[J].價值工程，2018（14）：184～188.

[4] 吳海鷹.連續剛構橋健康監測數據的采集和處理[J].西部交通科技，2009（7）：72～77.