自动化监测技术在高大支模体系工程中的应用——以佛山禅城某社区体育中心及停保场项目为例.pdf

2023年8 月自动化监测技术在高大支模体系工程中的应用以佛山禅城某社区体育中心及停保场项目为例刘修桥（广州翰南工程技术有限公司，广东广州51 1 43 6）摘要：建设工程中的高大支模体具有高危性、复杂性、事故突发性的特点，本文通过介绍佛山某体育馆的案例，对自动化监测系统在建设工程高大支模施工过程中的监测目的、监测内容、测点布置、监测方法及精度等进行阐述，并予以分析评价，为高大支模工程进行稳定性监测，实施信息化动态安全施工工作提供相关依据。关键词：高大支模；自动化监测；应用0引言近年来，随着人民生活水平的不断提升，人们对建筑结构有了更高的要求，大体积、大面积、大跨度的混凝土结构在工程建筑中使用的愈发频繁，模板搭设的高度、跨度及其所受的荷载不断增大，由此引出一系统的工程安全问题，高大支模体系自动化监测技术正是在这种背景下应用于工程建设中的，它是现代信息技术与监测技术深度融合的产物，让建设单位更直观、更实时的掌握了工程安全系数，而且可提升工程施工的信息化动态管理。因此，高大支模体系自动化监测技术在建设工程施工中的应用也越来越被重视。认真研究并运用好这一技术，以此更好的监测实时工程安全情况，提升工程的整体经济效益。1高大支模定义及其监测意义1.1高(大)支模的定义高支模：搭设高度5m及以上、搭设跨度1 0 m及以上、施工总荷载1 0 kN/m及以上、集中线荷载15kN/m及以上或者高度大于支撑水平投影宽度且相对独立无联系构件的混凝土模板支撑工程。高大支模：将搭设高度8 m及以上、搭设跨度18m及以上、施工总荷载1 5kN/m及以上、集中线荷载2 0 kN/m及以上的为超过一定规模的危险性较大的分部分项工程。高大支模除了专家论证方可实施的规定外，应委托第三方监测单位进行安全监测。1.2高大支模监测意义随着城市化的兴起，高层建筑日益增多，众多高净空、大跨度项目采用高大支模技术进行施工，也让其高大支模体系变得更加复杂，安全风险指数也因此增加。高大支模塌事故时有发生，高支模支撑体系塌破坏主要有支架局部（底部、中部或顶部）破坏、工艺技术文章编号：2 0 9 5-40 8 5(2 0 2 3)0 8-0 0 2 9-0 3支架架体破坏或沉降过大造成部分或整体的破坏，以及倾倒、垮塌等多种情况。高支模塌事故的发生往往在短时间内出现，具有很强的突发性。所以高支模施工早前被评为建筑行业的“五大伤害”之一，被建设主管部门和建筑施工企业列为重大危险源。为降低安全风险，在高大结构物浇筑时，进行实时在线的自动化监测是十分必要的。强有力的高支模在线监测系统配合现场施工管理人员可以实时掌握高支模结构体系的稳定状况，在高支模结构出现异常时，给施工人员提供变更浇筑方案的可靠依据，超限报警也可给予在场施工人员一定的反应时间撤离现场，同时为后续分析事故原因和加固补救措施提供相关资料，最终达到减少人员伤亡和经济损失，降低高支模安全事故发生率的目的。2案例2.1项目介绍本工程为某社区体育中心及停保场项目，位于佛山市禅城区。项目总建筑面积约43 8 2 5.9 2 m，地下2层，负一层和首层之间有夹层（游泳池），地上6层。本项目模板工程具有以下特点。（1)梁横截面大。最大为：9 0 0 mm2000mm。（2）板厚。大部分板厚达到了1 2 0 mm，部分达到了1 50 mm，最厚达到了2 50 mm。（3)弧形板。负一层部分区域为弧形梁板。（4)搭设高度高。大部分搭设高度都超过了1 0 m，部分超过了2 0 m，最高达到了3 1.6 5m。为了保证施工安全，本项目对高大支模支撑体系进行了严格的结构设计，采用套扣式脚手架支撑，针对不同位置采用不同程度加密立杆间距及步距的布设原则，制定严格的施工顺序：放出轴线及梁位置线，定好水平控制标高一梁、板脚手架安装一架设梁底纵横木枋与脚手架横杆上一架设板底木枋于脚手 29工艺技术架横杆上一楼板模板安装一梁、板钢筋铺设、绑扎梁底模板及侧模板安装梁、板混凝土浇筑一混凝土养护、达到设计强度等级后拆下脚手架可调顶托一拆除梁、板模板一拆除水平拉杆、剪刀撑及支撑架，同时还对高大支模工程进行监测。2.2监测目的为了防止高大模板安全事故的发生，在混凝土浇筑时通过对其安装高频的自动化监测传感器，采用物联网+实时展示监测数据及曲线图，让相关管理者通过实时的监测数据动态指导现场施工，但发现异常可立即启动相关措施，如加固、停止施工、调整技术及人员撤离等。在减少事故发生的同时提高人员的安全保障度。根据实时的监测数据动态指导施工，对高支模支撑体系有了稳定的了解后，更好的运用科学指导，提升人员安全及财产保障，提高施工工作效率。2.3监测内容高大支模自动化监测以获得定量数据的仪器及测试元件监测为主，以现场目测检查为辅。本项目高大支模自动化监测共采用2 3 8 组传感器进行实时自动化监测，其每组的监测项目有：（1)水平位移；（2)竖向位移（沉降）；（3)立杆轴力；（4)立杆倾角。2.4监测点的布设2.4.1测点布设原则以施工单位的高支模专项施工方案（专家论证通过后）为基础，原则上布设位置宜设置在高大支模关键部位及薄弱部位，具体为：（1)现浇梁板跨中承受竖向荷载较大的立杆；（2）现浇梁板沉降较大的部位；（3)能反映高支模体系整体水平位移的部位。2.4.2监测点安装（大样图，图1)238910元112.51监测方法监测项目均采用自动化实时监测，由压力传感器（测支撑轴力）、倾角传感器（测支撑倾斜）、位移传感器（测支撑体系竖向位移及支撑水平位移）、互联网监测系统平台等组成。所采用的传感器均符合规范 30CREATELIVING要求的精度，并经过国家权威计量机构鉴定且在合格范围内。自动化监测系统是将工程监测技术与信息技术深度融合的一套全新的监测技术。该监测系统采用传感器与采集节点（有线或无线）、平台服务器组成分布式监测网络，可全无线（无交流电源电缆、无通讯光纤）实现多项目、多类传感器（包括GPS、摄像机）与平台服务器高并发实时通讯，通过监测云平台统一调度和管理，实现实时监测、实时分析、实时报警（现场声光报警、电脑平台报警、手机短信报警）等，并在线生成选定时段的监测报表等全流程智能管理。该系统除具有功能强大、性能稳定的特点外，还有以下突出优点。(1)设备轻巧，安装便捷。一个人简单几秒即可完成安装。（2)高频采集，自动分析。频率远程调整，2次/min。(3)模块低功耗。充满电可连续使用6 0 7 2 h，特殊情况下可外接电池延长监测时间。（4)通讯技术先进。在通讯网络良好环境下采用成熟的4G或5G通讯技术，在网络不良情况下则可采用LoRa通信协议建立星型自组网将信息传出网络盲区，有力保障了数据的及时传输性。(5)可兼容、可扩充。采用技术集成，可兼容市面上大部分传感器产品，可根据需要扩充视频监控，并成功整合于监测平台系统。高支模监测系统平台主要由测点、云服务器及服务端组成，如图2。测点4G无线网关传输数据网络61.结构层2.模板枕木3.水平杆4.竖向位移传感器1 0.可调节支座5.轴力传感器11.基础垫块6.倾斜传感器图1 1监测点布设示意图客户端系统云服务器客户端1互联网客户端2客户端3客户端n7.水平位移传感器8.竖杆9.扣件图2 自动化实时监测示意图2.6巡视检查高大支模系统工程在模架拼装完成后、整个混凝土浇筑期间及混凝土初凝过程中应有专人进行巡视检查。巡视检查以目测为主，主要对施工环境及条件、支撑体系或结构状态、各监测传感器的工作状态等进行检查，确保监测设施稳定工作，可以正常反应支撑系统的真实状态。对监测数据进行综合分析，并结合现场的实际情况，通过专业的知识进行更有效的判工艺技术断。如发现异常，需及时通知委托方及相关单位。的项目负责人予以完成。在实施过程也遇到了一些问31监测周期和监测频率3.1监测周期自高大支模体系搭设完毕后且在混凝土浇筑前开始，至混凝土浇筑完成后，现场施工机械、人员清场后不少于5h，且监测数据无明显增大变形时结束监测。3.2监测频率监测频率直接关系着关键数据的获取，确定高大模板支撑系统的安全状态，并及时发出预警信息，避免伤亡的发生。根据项目特点（含规模、施工工艺、顺序等）、环境及条件等状态动态选择或调整监测频率。根据广东省标准高大模板支撑系统实时安全监测技术规范规定 ，当监测项目的监测频率在无数据异常和事故征兆的情况下，混凝土浇筑期间监测频率2 次/min（仪器内部为1 次/5s）。3.3监测信息的反馈在高大支模的混凝土浇筑阶段，对各监测项目进行实时监测并通过自动化监测平台实时将监测结果向委托方、监理及施工方等展示，让各参加单位可以直观的了解各监测点的变形情况，若任一监测点出现异常、或达到（超过）预警、报警值时，自动化监测系统将第一时间通过平台、手机短信及现场声光报警器向各参加方发出预警、报警。出预警、报警时，现场需立即启动相应的应急措施等，待风险解除后方可复工。待每次监测结束后向委托方提供正式的监测报告。3.4监测结果本项目共布设2 3 8 组传感器【每组：水平位移、竖向位移（沉降）、立杆轴力及立杆倾斜各1 个，共进行了8 次的进场监测，每次监测时长均在1 458h（不含安装、安装后的等待及拆卸时间）。监测结果：竖向位移(沉降)的累计变化量在-1 0.4 8.8 mm，累计变化量都在报警值（累计变化量1 5mm）的控制范围内；水平位移的累计变化量在-9.4 9.6 mm，累计变化量都在报警值（累计变化量2 2 mm）的控制范围内；立杆倾角X方向的累计变化量在-0.550.40、Y 方向的累计变化量在-0.3 5 0.48，累计变化量都在报警值（累计变化量0.8）的控制范围内。立杆轴力的累计变化量在1 0 7 8 1 47 9 8 N，累计变化量都在报警值（累计变化量1 9 6 2 0 N）的控制范围内。综合上述所有的监测成果均未超过专家评审通过的监测方案中的预/报警值，故本工程的高大支模体系是稳定、安全的，整个高大支模系统安全度在可控范围内。4遇到问题的解决方法本工程高大支模自动化监测由本人作为监测单位题，但在整个团队的密切合作下最终顺利完成。为后续同行或同类项目积累了相关经验，解决方法简要如下。（1)提前添加外部电池，延长巡航，确保监测连续性。本项目部分区域从设备安装到拆卸超过一周，设备安装后开机，这部分时长已超过设备自身的电池巡航能力（设备自有巡航为6 0 7 2 h），通过设备电池电量的监控功能，及时了解电池电量情况，推算电量消耗比例与现场需要的监测周期，并进行对比，提前增加外部电池，确保了监测的连续性。（2)设置特殊反光片及防护措施，确保正常监测。为了防止激光测距仪的激光遇水（现场因浇筑等造成地面局部积水或水泥浆）无法监测，故在仪器正上方的模板上布设一层隔水塑料布，而在仪器的正下方增设特殊反光装置并使反光装置高于原地面10cm。此举有效的解决了渗水泥浆等问题。5 结语高大支模自动化监测通过平台实时展现数据、曲线图等让各参加方能及时、准确了解支撑体系的变形，为信息化施工提供了可视化动态指导，对高大支模体系安全施工起到了更为形象的动态效果，更好的适用于现代信息化施工。总而言之，通过对高大支模体系进行自动化监测的应用可以发现，只有对高大支模体系有着较深的认知并在有限成本里通过更专业的知识选择更合适的监测点位置、重点难点予以解决；重视责任严把现场管理及质量控制 2 ；做到信息化动态自动化监测，才能够为高大支模体系工程的安全奠定基础。自动化监测的高频性、实时性等优势不仅适用于高大支模体系工程，对其他工程的实施，同样具备优势及作用。高大支模体系自动化监测是工程行业发展的必然所需，也是监测行业自身发展所需。目前，自动化监测已在高大支模体系工程中得到了广泛的推广 3 ，本文针对自动化监测技术在高大支模体系工程中的应用进行了简要阐述，以此希望自动化监测能够进一步提高自身的技术水平，有效促使我国自动化监测行业的发展，更好的为工程安全提供服务。参考文献：1】D B J/T 1 5-1 9 7-2 0 2 0.高大模板支撑系统实时安全监测技术规范（广东省标准）S.【2 中华人民共和国住房和城乡建设部危险性较大的分部分项工程安全管理办法（建质 2 0 0 9 8 7 号）S.3中华人民共和国住房和城乡建设部建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则（建质 2 0 0 9 2 54号文)S.31