建筑智能监测系统研究与应用

□文/刘乐园

信息技术的快速发展促使建筑行业与互联网+技术加速融合，绿色建筑的智慧建造成为新的课题，以往粗放型的施工建造和管理方式已经跟不上时代的发展，更加先进的数字化、智慧化管理的出现也就水到渠成了[1]。“智慧工地”在我国一些大的城市正在大力推广，北京、上海、深圳、南京、武汉等地[2]已经取得了一定的成效，但是仍处于初级阶段，还有很大的发展空间。

1 绿色建筑智能监测技术

为更好的打造“智慧工地”，将过程实施和后期运行的数据全面、真实、及时地进行收集，为结构安全和施工管理提供更有利的保障，研究出一款集成化监测系统管理平台，将各类监测系统集成在同一管理平台界面，在建筑建造过程中实现PC 端和移动端实时在线监测，实行施工组级、项目部级和公司级的三级分级权限管理，满足分级式数据共享，公司统一监控管理的要求。见图1。

图1 集成化监测系统

采用具备通讯功能的各类传感器，通过物联网技术，实现监测工作智能化，将施工现场的各项数据进行实时采集、传输、存储、分析，有效地提高项目管理和现场管理的效率。

2 集成化监测系统的研究与优化

2.1 平台框架

常用的监测系统有闸机系统、视频系统、环境监测系统、消防管理系统、基坑变形监测系统、基坑周边构筑物沉降监测系统[3]、大体积混凝土温度监测系统[4]等；该监测系统管理平台在此基础上，重点开发了项目能耗监测系统、大型设备监测系统、架体监测系统和抗震支座监测系统。

2.2 专用传感器的选择

1）项目能耗监测系统采用的传感器：智能水表、智能电表、互感器等。

2）大型设备监测系统采用的传感器：塔吊黑匣子、压力传感器等。

3）架体监测系统采用的传感器：倾角传感器、拉压轴力计、静力水准仪等。

4）抗震支座监测系统采用的传感器：位移传感器。

2.3 监测内容

2.3.1 项目能耗监测系统

现场各区域用水量、用电情况监测等。其中用电监测包括电柜的电流、电压、负荷、电量等参数的监控统计以及办公室用电设备的电流监控，实现查看用电负荷、合理分配用电设备、提示办公室用电设备开关状态、节约用电和消除安全隐患等功能。

2.3.2 大型设备监测系统

将黑匣子的数据，如行程、重量、倾角等传送到管理界面，便于实时掌控塔吊运行情况，对违规操作及时提示；卸料平台荷载监控（超载提示）；升降电梯智能改造等[5]。

2.3.3 架体监测系统

架体倾斜变形监测、架体杆件轴力监测、架体压缩变形监测、架体基础沉降监测等[6]。

2.3.4 抗震支座监测系统

采集部分隔震支座的垂直方向和水平方向的位移数据。

3 实际应用效果

3.1 项目能耗监测系统

通过智能水表、智能电表、互感器对施工区及办公区的水电能耗进行实施监测和统计，同时通过分析水电用量的消耗，发现水管破裂，及时安排人进行维修，将损失降到最低；同时严格控制最大消耗点，最终达到了合理使用水电资源和降低水电能耗的目的。见图2。

图2 水电能耗监测系统过程监测数据

3.2 大型设备监测系统

为保证施工机具在施工过程中安全可靠，对违规操作提前发现、及时提示与制止，保证设备正常运行及效率，对塔吊安装黑匣子、拉压传感器、滑动变阻等设备，将运转参数传送到监测平台系统上，实时掌控大型设备的运行情况。在使用过程中发现现场东侧塔吊回转角度数据异常。见图3。

图3 大型设备监测系统过程监测数据

为保护塔吊电缆不因一个方向过大转动造成损坏，正常回转角度范围在-720°～720°，但图3 中的回转角度数据超出正常范围，分析可能存在一个方向过度转动的情况；与塔吊司机沟通发现确实存在过度转动的情况，及时纠正，保证了塔吊正常运行。

3.3 架体监测系统

为了控制混凝土浇筑过程中架体可能产生的变形，避免发生质量和安全隐患，在高大模板架体上安装传感器，对支撑架体的相关变形进行实时监测，发现架体在模板支设和钢筋绑扎过程中，倾角监测数据异常，01点位Y方向出现6.886°的倾角变化。见图4。

图4 架体监测系统过程监测数据

对倾角异常的问题，立即现场勘查，发现监测点位置架体确实出现倾斜，对整个架体进行检查并调整。

3.4 抗震支座监测系统

建筑的隔震支座出现较大变形时，会使隔震支座的性能降低甚至会对结构造成破坏，利用位移传感器对隔震支座进行施工过程及后期健康管理的全生命周期监测，同时监测X、Y、Z三个方向的变形，保证隔震支座的稳定状态。隔震支座监测设备将作为永久监测设备进行保留及保护。

4 优势

1）便于操作，不受施工条件复杂，人工采集数据不安全的限制。

2）无线传输，时效性好，提示及时，提高了施工环节的管理效率。

3）采集频率高，数据量大，连续性好，分析价值高。

4）系统综合性强，具有可兼容性。

5 结语

利用集成化监测系统管理平台，将监测系统各子系统与物联网技术的有效结合，对监测过程实施精细化、动态化、数字化管理及分级权限，从而全方面掌控建筑运行数据报告，提高运行质量，为绿色建筑的智慧建造提供及时、准确的数据分析，进一步加强了建筑结构安全和施工过程的监测和管理，特别是项目能耗监测系统、大型设备监测系统、架体监测系统抗震支座监测系统四个监测系统，具有很大的推广前景。