從建筑物實(shí)際特點(diǎn)出發(fā) 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑物監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)化分析等多重功能，突破了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式的束縛。對(duì)此，本文從建筑物實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，引入有限元分析法，設(shè)置合適測(cè)點(diǎn)與傳感器，在其支持下獲取建筑物數(shù)據(jù)并展開分析，以確保建筑物的安全性。

1房屋建筑安全要素 房屋建筑在長(zhǎng)時(shí)間使用后易出現(xiàn)材料老化、地基振動(dòng)等問(wèn)題，整體穩(wěn)定性持續(xù)下降。對(duì)于常規(guī)房屋建筑而言，其安全分析工作可從如下3個(gè)方面展開。

（1）位移：從類型上看有水平位移與垂直沉降位移兩類，此項(xiàng)指標(biāo)是評(píng)定建筑物是否會(huì)出現(xiàn)坍塌的關(guān)鍵。受地基滑動(dòng)等因素的影響，承重體將出現(xiàn)明顯的位移現(xiàn)象。

（2）傾斜：若建筑物出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，整體受力將處于非均衡狀態(tài)，形成較大的局部應(yīng)力且明顯大于結(jié)構(gòu)自身所具備的承受能力，隨之出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂等問(wèn)題，因此要采取重點(diǎn)監(jiān)測(cè)措施。

（3）裂縫：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象，隨之形成裂縫。部分情況下由于溫度變化幅度過(guò)大，各類材料表現(xiàn)出的收縮程度存在差異，當(dāng)收縮力明顯提升且大于建筑承受能力時(shí)便會(huì)產(chǎn)生裂縫。此外，若房屋內(nèi)部應(yīng)力偏大也會(huì)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)造成影響，使其出現(xiàn)不同程度的裂縫。 2建筑安全監(jiān)測(cè)傳感器 2.1建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求分析 我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程逐步加快，建筑工程規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得知在構(gòu)成我國(guó)固定資產(chǎn)投資總額中，絕大部分都通過(guò)建筑項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為財(cái)富的方式而獲得，其占比達(dá)到了總量的60%。現(xiàn)階段，城市土地資源緊缺，大量高層建筑相繼建成并成為市民生產(chǎn)、生活的重要場(chǎng)所。但建筑物在長(zhǎng)期使用之下需承受源自于外界的各類影響，諸如侵蝕、地震、風(fēng)等自然災(zāi)害以及一系列的人為破壞?？v觀當(dāng)前狀況，建筑安全事故屢見不鮮，社會(huì)各界對(duì)建筑安全提出更高要求，在此背景下安全監(jiān)管與檢測(cè)工作顯得極為重要。

2.2各類傳感器

（1）位移傳感器。位移傳感器是建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)工作中重要的設(shè)備，可獲得各類物理量，經(jīng)處理后使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，應(yīng)用較為廣泛的有電感式、光電式等都多種類型的傳感器。在其支持下能獲得建筑物的具體信息，諸如水平位移等，經(jīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)后對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析可預(yù)判位移發(fā)展趨勢(shì)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的設(shè)置普遍集中在建筑四角、大轉(zhuǎn)角等區(qū)域。

（2）沉降傳感器。較為常見的有電子水準(zhǔn)儀，其監(jiān)測(cè)精度高且可通過(guò)便捷化的方式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所得結(jié)果可有效反映出建筑物的實(shí)際情況。沉降位移測(cè)點(diǎn)的設(shè)置普遍集中在地基、沉降縫等區(qū)域。

（3）裂縫傳感器。應(yīng)用較為廣泛的是線性位移傳感器，經(jīng)檢測(cè)后獲得位移量，并在轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的作用下轉(zhuǎn)移至滑動(dòng)式電阻器中，實(shí)現(xiàn)物理量向電信號(hào)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步獲得裂縫位移情況。

（4）傾角傳感器。水平面傾角發(fā)生變化時(shí)可通過(guò)傾角傳感器進(jìn)行檢測(cè)，該儀器內(nèi)部設(shè)置有速度傳感器，能夠精確地獲得傾角變化情況。關(guān)于傾角傳感器的布設(shè)主要集中在房屋四角。

2.3軟件系統(tǒng) 各類傳感器可獲得相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，在內(nèi)置無(wú)線模塊的支持下可借助GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸至云平臺(tái)，依托于大數(shù)據(jù)技術(shù)做進(jìn)一步的分析，形成的信息轉(zhuǎn)移到處理器中，與設(shè)計(jì)方案中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)加以對(duì)比，最終評(píng)定建筑物的安全狀況。根據(jù)房屋變化情況將具體內(nèi)容利用平臺(tái)終端顯示出來(lái)。現(xiàn)階段智能設(shè)備發(fā)展速度較快，因此檢測(cè)結(jié)果可以通過(guò)手機(jī)客戶端顯示出來(lái)，突破了時(shí)間與空間的束縛。

2.4預(yù)警系統(tǒng) 依據(jù)建筑物實(shí)際情況設(shè)置閾值，若實(shí)際檢測(cè)結(jié)果超出該值，將會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)并發(fā)出預(yù)警信號(hào)，較為可行的預(yù)警方式較多，諸如聲光預(yù)警、短信提示等，通過(guò)多種手段相綜合的方式及時(shí)告知相關(guān)人員，從實(shí)際情況出發(fā)確定合適的安全防護(hù)措施，以避免建筑物坍塌等問(wèn)題，將不良影響范圍控制到最小。

3基本架構(gòu) 依托于物聯(lián)網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)，在創(chuàng)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)也采取的是3層次結(jié)構(gòu)的方式：①數(shù)據(jù)采集模塊：設(shè)置有多類傳感器，可及時(shí)獲取外界壓力、內(nèi)部損壞等相關(guān)數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)傳輸模塊，為滿足及時(shí)傳輸?shù)囊?，采取的是無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑虎蹟?shù)據(jù)處理與監(jiān)控模塊，依托于大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)置了數(shù)據(jù)分析軟件，可掌握建筑物的整體情況，分析發(fā)生損壞的具體位置并將相關(guān)信息及時(shí)告知人員。

4模型建立本系統(tǒng) 引入MidasGen軟件，可基于建筑物實(shí)際情況創(chuàng)建模型，通過(guò)有限元分析的方式評(píng)定受力情況，同時(shí)在該軟件的支持下可以確定各測(cè)點(diǎn)的布設(shè)位置。

4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 選取合適的位置安裝傳感器獲得具體數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)的設(shè)置需從建筑整體情況出發(fā)，針對(duì)梁?jiǎn)卧母鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)有序編號(hào)，由于Zigbee是一種典型的短距離通信技術(shù)，因此在編號(hào)時(shí)需要控制好各點(diǎn)的間距，不可出現(xiàn)間距過(guò)大的情況。本系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)間距以10m為宜，節(jié)點(diǎn)總量為41個(gè)。在上述基礎(chǔ)上分析各節(jié)點(diǎn)的位移情況（即X、Y向），具體如圖1所示。

通過(guò)圖1（a）得知，X方向上伴隨各節(jié)點(diǎn)編號(hào)的增加，產(chǎn)生的位移量隨之加大，總體上節(jié)點(diǎn)1~20并未出現(xiàn)明顯位移變化，但從節(jié)點(diǎn)21開始呈現(xiàn)出明顯上升的趨勢(shì)。綜合考慮編號(hào)情況，在領(lǐng)頭雁建筑中位移最為明顯的區(qū)域集中體現(xiàn)在“雁頭”處。因此，其周邊需設(shè)置光柵位移傳感器。

通過(guò)圖1（b）得知，不同節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Y向位移存在差異，隨著編號(hào)的逐步加大，產(chǎn)生的位移量也隨之提升?？傮w上節(jié)點(diǎn)1~25的位移出現(xiàn)明顯的變化趨勢(shì)，自節(jié)點(diǎn)26開始持續(xù)至節(jié)點(diǎn)41，此部分的位移雖有變化但極為微弱。綜合考慮節(jié)點(diǎn)編號(hào)情況，可知領(lǐng)頭建筑周邊出現(xiàn)極為明顯的位移現(xiàn)象，因此在該處安裝適量的壓阻式壓力傳感器。

通過(guò)對(duì)圖1（c）得知，在節(jié)點(diǎn)編號(hào)逐步加大之下Z向上各節(jié)點(diǎn)的位移也呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢(shì)，具體規(guī)律為節(jié)點(diǎn)20前（含該節(jié)點(diǎn)）存在微弱的位移變化，自節(jié)點(diǎn)21開始位移量逐步增加并持續(xù)至節(jié)點(diǎn)41。綜合節(jié)點(diǎn)編號(hào)情況展開分析得知領(lǐng)頭建筑的位移更為明顯，因此需在該處各節(jié)點(diǎn)上安裝光柵位移傳感器。基于上述內(nèi)容確定具體布設(shè)方案，即：節(jié)點(diǎn)1~20為壓阻式壓力傳感器；節(jié)點(diǎn)21~25、節(jié)點(diǎn)26~41安裝光柵位移傳感器，較特殊的是節(jié)點(diǎn)21~25，該處還需增設(shè)壓阻式壓力傳感器。

圖1各節(jié)點(diǎn)的位移情況

4.2數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng) 考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求，本系統(tǒng)中引入了Zigbee無(wú)線傳輸方式，其具備功耗低、成本少、效率高的基本特點(diǎn)。傳感器的各類數(shù)據(jù)傳輸至路由節(jié)點(diǎn)中，在此基礎(chǔ)上通過(guò)路由算法處理后轉(zhuǎn)移至協(xié)調(diào)器，最終將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至終端顯示設(shè)備。

5結(jié)語(yǔ) 綜上所述，本文圍繞建筑物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展開探討，引入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對(duì)不同結(jié)構(gòu)選擇合適的傳感器，經(jīng)無(wú)線傳輸?shù)姆绞睫D(zhuǎn)移至處理器，做深度分析并于終端設(shè)備顯示?？傮w上，此系統(tǒng)對(duì)于建筑物的安全性檢測(cè)具有積極意義，能夠?yàn)榻ㄖ锏姆€(wěn)定使用提供可靠指導(dǎo)。 撰稿：朱焱焱，渤海石油航務(wù)建筑工程有限責(zé)任公司工程師，研究方向：港口設(shè)施數(shù)字化運(yùn)維管理。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑物監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)研究

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