建筑智能監測系統研究與應用

□文/劉樂園

信息技術的快速發展促使建筑行業與互聯網+技術加速融合，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跟不上時代的發展，更加先進的數字化、智慧化管理的出現也就水到渠成了[1]。“智慧工地”在我國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]已經取得了一定的成效，但是仍處于初級階段，還有很大的發展空間。

1 綠色建筑智能監測技術

為更好的打造“智慧工地”，將過程實施和后期運行的數據全面、真實、及時地進行收集，為結構安全和施工管理提供更有利的保障，研究出一款集成化監測系統管理平臺，將各類監測系統集成在同一管理平臺界面，在建筑建造過程中實現PC 端和移動端實時在線監測，實行施工組級、項目部級和公司級的三級分級權限管理，滿足分級式數據共享，公司統一監控管理的要求。見圖1。

圖1 集成化監測系統

采用具備通訊功能的各類傳感器，通過物聯網技術，實現監測工作智能化，將施工現場的各項數據進行實時采集、傳輸、存儲、分析，有效地提高項目管理和現場管理的效率。

2 集成化監測系統的研究與優化

2.1 平臺框架

常用的監測系統有閘機系統、視頻系統、環境監測系統、消防管理系統、基坑變形監測系統、基坑周邊構筑物沉降監測系統[3]、大體積混凝土溫度監測系統[4]等；該監測系統管理平臺在此基礎上，重點開發了項目能耗監測系統、大型設備監測系統、架體監測系統和抗震支座監測系統。

2.2 專用傳感器的選擇

1）項目能耗監測系統采用的傳感器：智能水表、智能電表、互感器等。

2）大型設備監測系統采用的傳感器：塔吊黑匣子、壓力傳感器等。

3）架體監測系統采用的傳感器：傾角傳感器、拉壓軸力計、靜力水準儀等。

4）抗震支座監測系統采用的傳感器：位移傳感器。

2.3 監測內容

2.3.1 項目能耗監測系統

現場各區域用水量、用電情況監測等。其中用電監測包括電柜的電流、電壓、負荷、電量等參數的監控統計以及辦公室用電設備的電流監控，實現查看用電負荷、合理分配用電設備、提示辦公室用電設備開關狀態、節約用電和消除安全隱患等功能。

2.3.2 大型設備監測系統

將黑匣子的數據，如行程、重量、傾角等傳送到管理界面，便于實時掌控塔吊運行情況，對違規操作及時提示；卸料平臺荷載監控（超載提示）；升降電梯智能改造等[5]。

2.3.3 架體監測系統

架體傾斜變形監測、架體桿件軸力監測、架體壓縮變形監測、架體基礎沉降監測等[6]。

2.3.4 抗震支座監測系統

采集部分隔震支座的垂直方向和水平方向的位移數據。

3 實際應用效果

3.1 項目能耗監測系統

通過智能水表、智能電表、互感器對施工區及辦公區的水電能耗進行實施監測和統計，同時通過分析水電用量的消耗，發現水管破裂，及時安排人進行維修，將損失降到最低；同時嚴格控制最大消耗點，最終達到了合理使用水電資源和降低水電能耗的目的。見圖2。

圖2 水電能耗監測系統過程監測數據

3.2 大型設備監測系統

為保證施工機具在施工過程中安全可靠，對違規操作提前發現、及時提示與制止，保證設備正常運行及效率，對塔吊安裝黑匣子、拉壓傳感器、滑動變阻等設備，將運轉參數傳送到監測平臺系統上，實時掌控大型設備的運行情況。在使用過程中發現現場東側塔吊回轉角度數據異常。見圖3。

圖3 大型設備監測系統過程監測數據

為保護塔吊電纜不因一個方向過大轉動造成損壞，正常回轉角度范圍在-720°～720°，但圖3 中的回轉角度數據超出正常范圍，分析可能存在一個方向過度轉動的情況；與塔吊司機溝通發現確實存在過度轉動的情況，及時糾正，保證了塔吊正常運行。

3.3 架體監測系統

為了控制混凝土澆筑過程中架體可能產生的變形，避免發生質量和安全隱患，在高大模板架體上安裝傳感器，對支撐架體的相關變形進行實時監測，發現架體在模板支設和鋼筋綁扎過程中，傾角監測數據異常，01點位Y方向出現6.886°的傾角變化。見圖4。

圖4 架體監測系統過程監測數據

對傾角異常的問題，立即現場勘查，發現監測點位置架體確實出現傾斜，對整個架體進行檢查并調整。

3.4 抗震支座監測系統

建筑的隔震支座出現較大變形時，會使隔震支座的性能降低甚至會對結構造成破壞，利用位移傳感器對隔震支座進行施工過程及后期健康管理的全生命周期監測，同時監測X、Y、Z三個方向的變形，保證隔震支座的穩定狀態。隔震支座監測設備將作為永久監測設備進行保留及保護。

4 優勢

1）便于操作，不受施工條件復雜，人工采集數據不安全的限制。

2）無線傳輸，時效性好，提示及時，提高了施工環節的管理效率。

3）采集頻率高，數據量大，連續性好，分析價值高。

4）系統綜合性強，具有可兼容性。

5 結語

利用集成化監測系統管理平臺，將監測系統各子系統與物聯網技術的有效結合，對監測過程實施精細化、動態化、數字化管理及分級權限，從而全方面掌控建筑運行數據報告，提高運行質量，為綠色建筑的智慧建造提供及時、準確的數據分析，進一步加強了建筑結構安全和施工過程的監測和管理，特別是項目能耗監測系統、大型設備監測系統、架體監測系統抗震支座監測系統四個監測系統，具有很大的推廣前景。