施工综合监控平台施工技术

张建基，陈景辉

(广东省六建集团有限公司，广东 佛山 528000)

1 工程概况

季华实验室一期建设项目位于佛山市三龙湾高端创新集聚区核心区，文翰湖公园以北，京广线以南，规划泰山路以东，规划文翰北路以西(见图1)。其占地面积67 286.43m2，建筑面积约104 529.92m2，其中地下约18 860m2，地上约85 669.92m2，土建招标控制价为41 374.79万元。广东省六建集团有限公司与广东省建筑设计研究院联合设计施工联合体承包。本工程分B，C 2个区，具有建筑结构复杂、高空作业多、危险性高，多专业综合性强、协同要求高、新技术应用多、建设标准高，对施工精度要求高等特点，给设计和施工系统管理与综合防控提出更高要求。针对工程特性，项目策划采取智慧建造措施。

图1 季华实验室一期建设项目

国内主要的智慧工地建设和发展过程存在以下重难点，严重影响大型复杂工程项目施工的信息化和智慧化：①单项监控多，综合监控少，施工监控系统性不强，各类监控可视化程度低；②各类检查数据和设备体系不同，数据交换困难，数据集成和可视化程度低；③现场数据、BIM模型与云平台数据和模型传输受无线传输带宽限制，因数据卡顿难以实现监控预警的实时同步，影响工程安全。

因此，结合BIM、仿真、现代施工监控和云平台大数据技术，实现施工项目协同管理和智慧建造，是解决此类问题的关键。

2 施工技术特点

2.1 基于BIM的智慧监控集成平台集成方法

集成塔式起重机安全监控管理子系统、人货梯安全监控管理子系统、混凝土综合监测子系统、钢结构变形监测子系统、高大支模监测子系统、人员定位监测子系统、绿色施工与环境监测子系统，并接入智慧建造综合监控集成软件平台。

2.2 施工综合监测信息的集成管理

自动化信息采集设备由综合采集模块与各类型传感器组成，采集的数据通过GPRS技术传送至数据服务端。在云端实现与现场采集设备的交互，并实现远程数据监控，构成可视化监测预警系统，进一步实现施工可视化监测预警。

根据工程构件形状特点及部位，细化增加无线传输中继模块，确保数据采集的代表性、有效性。

2.3 基于Revit+Dynamo可视化大数据智慧监测预警方法

使用Dynamo作为可视化监测预警平台，结合BIM技术、仿真技术、现代施工监控技术和云平台大数据技术，实现施工项目协同管理和智慧建造。

通过本工法协助项目实现智慧建造，提高作业效率、节省施工费用、有效缩短工期、降低管理成本。

3 工艺原理

1)现代建筑结构复杂、高空作业多、危险性高；多专业综合性强，协同要求高，新技术应用多，建设标准高，对施工精度要求高，给设计和施工系统管理与综合防控提出更高要求。因检查条目繁多，管理人员专业水准参差不齐，易引起验收工作遗漏和疏忽，导致施工质量失控、工作效率低。

施工综合监控平台基于互联网，集成7大子系统，增加可视化监控，支持多方在系统上协同工作，实现高质量施工、安全施工及高效智慧施工。

2)施工综合监控平台借助自动化信息采集设备与无线传输技术GPRS完成监测信息采集工作，构成可视化监测预警系统，进一步实现施工可视化监测预警。

3)基于Autodesk Revit的运行环境，依托Revit对IFC文件的解析能力，直接对IFC模型进行操作。通过试验证明，Dynamo不仅支持Revit原生格式的读写，对IFC格式也有良好的支持性。Dynamo提供丰富的节点，实现自动化与批量化操作。Dynamo拥有良好的扩展性能，通过二次开发才能实现，满足可视化监测预警需求。

4 施工工艺流程

施工工艺流程如下：施工准备→建立并应用智慧建造平台→监测智慧建造平台→智慧建造平台预警。

5 施工操作要点

5.1 施工准备

根据施工图、设计变更文件和专业安装单位深化图等资料，完善施工专项方案，建立BIM模型。

5.2 建立智慧建造平台

5.2.1集成塔式起重机安全监控

该塔式起重机安全监控管理系统是集互联网技术、传感器技术、嵌入式技术、数据采集储存技术、数据库技术等于一体的综合性新型仪器。该仪器能实现多方实时监管、区域防碰撞、塔群防碰撞、防倾翻、防超载、实时报警、实时数据无线上传及记录、实时视频、语音对讲、数据黑匣子、远程断电、精准吊装、塔式起重机远程网上备案登记等功能，特别是该仪器后台着重加强监管部门对塔式起重机的管理备案程序，能高效执法。

塔式起重机安全监控系统由主机和远程监测管理平台组成。主机安装在塔式起重机上，连接幅度、高度、转角、质量、倾角、风速、人脸识别模块等传感器，具备内置制动控制和数据存储等功能。集成塔式起重机安全监控系统设计如图2所示，塔式起重机安全监控安装位置如图3所示。

图2 塔式起重机安全监控管理子系统构成

图3 塔式起重机安全监控安装位置

施工单位联合设备单位开发塔式起重机变形安全监控功能模块，即防碰撞、吊钩可视化功能。

5.2.2人货梯安全监控系统

人货梯安全监测、记录、预警及智能控制系统能全方位实时监测施工人货梯的运行工况，有危险源时及时发出警报和输出控制信号，可全程记录人货梯的运行数据，同时将工况数据传输到远程监控中心。

人货梯安全监控子系统安装有载重监测、人数监测、速度监测(防坠)、倾斜度监测、高度限位监测、防冲顶监测、门锁状态监测设备。

5.2.3大混凝土综合监测管理系统

大混凝土综合监测管理系统集互联网技术、传感器技术、嵌入式技术、数据采集储存技术、数据库技术等于一体。多点无线温度自动测试系统是分布式、全自动、多点温度静态数据无线采集系统，该仪器能实现多方实时监管、实时监测大混凝土温度和湿度，具有超标预警、上传及记录等功能，数据云储存可远程监管现场混凝土状况，随时调整养护措施，对混凝土降温速率进行信息化控制。

5.2.4钢结构变形监测系统

钢结构变形监测系统是集互联网技术、传感器技术、嵌入式技术、数据采集储存技术、数据库技术等于一体的综合性新型仪器，由监测传感器、综合测试仪、自动综合采集系统构成。智能数码弦式应变计可实时监测钢结构应力，综合测试仪可直接显示物理量值，通过设置超标预警提醒、系统数据在线方便多方远程监管施工过程。

5.2.5高大支模监测系统

高大支模监测系统由监测传感器(由振弦式轴力计、水平倾角探头、固定式测斜仪等构成)、采集单元、无线收发、DSC无线自动综合采集软件系统构成。高大支模监测项目包括轴向应力、倾斜角、竖向位移、水平位移。

5.2.6人员定位监测系统

人员定位监测系统由定位标签、定位网关、定位基站、服务器等组成，在主要出入口安装人脸识别门禁系统，刷脸进出工地，确保人员身份信息，避免无关人员进入。进出数据可实时同步到云平台，方便项目管理者随时查看、考勤和统计分析。人员定位系统可将人员定位数据实时发送到项目管理系统，通过可视化界面显示人员实时位置，统计工作面实时人数。

5.2.7绿色施工与环境监测系统

在施工现场、生活区主线路上安装智能水、电表，采集实时用电数据，通过电表传感器将数据传输给后台，后台再将数据推送至手机APP上，用户可在手机上实时查询具体用电情况。

5.3 智慧建造平台应用

5.3.1塔式起重机安全监控

利用BIM模型对塔式起重机进行选型布置和安全管理监控，预防塔式起重机出现安全事故，保障建筑工地施工安全。借助BIM与无线传感网络技术，动态模拟塔式起重机运行情况，以发现碰撞点，合理科学安排塔式起重机的数量及间距，实时自动化动态收集现场安全信息，使塔式起重机安全作业。

通过设置各类传感设备，实时监测塔式起重机数据，并实现塔式起重机与云平台、塔式起重机间的实时通信，做到过程记录、过程分析、提前预警、危险截断等，有效保障群塔作业安全。

5.3.2人货梯安全监控

本项目通过人货梯安全监控管理系统，在施工电梯上安装传感器，实时监测电梯运行过程中的荷载、高度、楼层、倾斜角等，实现楼层呼叫、门锁报警功能。

通过云平台可实时查看施工电梯的荷载、人数、速度、高度限位、门锁状态、导轨架倾斜、操作人员身份管理等信息，可有效规避系统危险，并传输到远程管理平台，实现对建筑机械的远程管理和控制。自动语音播报系统在系统出现危险、电梯启动运行、电梯到达目标层时均自动发出语音播报，提醒操作人员和乘客。意外断电时，断电保护系统依靠备用电源安全锁定设备，提高安全性。

5.3.3大混凝土综合监测管理子系统应用

混凝土在制作过程中需严格监管，包括混凝土养护温度、强度、湿度等的监测。在混凝土制作过程中部署能适应不良环境、准确度高、稳定性好等的传感器，利用传感器实时传递构件内的信息，方便管理人员整理反馈信息。混凝土养护时需注意避免温度应力过大，控制温度，利用光纤光栅温度传感器(分辨率±0，1℃，精度±0，3℃)监测温度。

5.3.4钢结构变形监测系统应用

根据工程特点与理论分析计算结果，在杆件应力最大、应力变化突出及结构变形特征点布置监测点。另外，在施工关键节点处布置测点。临时支护体系的监测点应根据支护结构安装及卸载先后顺序，将监测点适当调整至关键受力部位。

该项目B1栋椭圆形立面围护结构采用悬挂空间钢管桁架形式，用于挂外立面幕墙的菱形管桁架结构，通过208根钢管立柱形成椭圆结构，连接屋面装饰桁架，在椭圆形中间通过弹性铰支座混凝土结构连接屋面装饰桁架，共设置16座。主体结构外围混凝土柱(梁)共设置16组(32个支撑点)支撑架，该支撑架为监测区域(见图4)。

图4 监测区域布置

结构原有的二维图很难让工人或技术人员理解构件间的相对位置及结构形式，而BIM模型三维节点深化、展示可很好地解决该问题。利用BIM模型，在钢结构受力大的节点处埋设监测传感器。

考虑本工程的特殊性，在本方案的监测设计中引入自动化监测，利用计算机通信技术，构成完整有效的监测系统，主要由DSC无线自动综合采集软件系统、无线收发模块、采集单元、监测传感器模块组成。

监测传感器模块由荷载计、倾角探头、钢丝位移计组成。自动化综合测试系统主要由综合采集模块、总线采集模块、无线传输模块、电源防雷模块、信号防雷模块、防水密封保护机箱、高可靠性空气开关、可充电电源模块等组成。

5.3.5高大支模监测系统应用

该项目最高模板支撑是B4栋高空通道结构，高33.9m，高大支模采用扣件式钢管支撑体系。在高大支模立杆钢管搭设过程中安装轴力计，支模安装完成后安装固定式测斜仪、水平倾角探头。监控点设置在主梁跨中及主次梁交叉处。高支模部分沉降变形允许值为8mm，报警值为10mm；水平变形预警值为8mm，控制值为10mm。

混凝土施工时应建立高支模支撑系统变形监控措施，浇筑混凝土时需连续监控，直到混凝土浇筑完毕人员退场。

5.3.6人员定位监测系统应用

该项目工期短，施工现场人员长期达1 000人，安装人员定位监测系统方便管理。

5.3.7绿色施工与环境监测系统应用

该项目于2019年通过“广东省安全、文明施工样板工地”2次检查。

5.4 智慧建造平台监测

各项监测值的大小为施工各阶段、主要构件、关键节点提供应力、应变及位移监测数据，可实时对比、分析设计要求，为构件受力状态分析提供可靠数据，及时预警险情，做到信息化设计、施工，取得最佳经济效益。

施工过程中，钢结构与混凝土强度，塔式起重机的高度、幅度、转角、风速、倾角、吊重、力矩等通过集成7大子系统，可实时监测获取参数，分析结构构件的变化规律，制订合理的施工方案，实现施工综合智能化及可视化的实时预警功能。

5.5 智慧建造平台预警

采用Dynamo软件可将当前的预警视图以图片格式导出，实现智慧监测预警。

6 结语

工程施工重大危险源主要产生于钢结构吊装、高大支模、塔式起重机运行、人货梯运行等大型机械安全施工过程中。施工重难点包括钢结构、高大支模施工质量控制。施工综合监控平台技术通过综合应用BIM、可视化、云平台大数据和物联网技术，实现对机械设备、施工对象、施工人员和施工环境的一体化智能监控；解决监视器、传感器的数据交换和信息可视化与集成问题，同时建立智慧监控数据传输的 IFC 扩展标准。结合物联网技术，通过云平台系统开发，解决模型、监测数据与云平台的快速传输和模型再现问题，建立智慧建造平台。施工综合监控平台施工技术集7大子系统于一体，实现施工项目协同管理和智慧建造，保障施工安全、绿色施工高质量。