超高建筑安全施工状态智能监控系统设计

摘 要：超高建筑在建筑规模、观赏性、实用性、现代性等方面，均取得了极大的突破，但在其建设施工阶段，由于建筑高度过高、建筑工序繁杂，导致其安全施工管理工作开展困难，易发生施工安全问题，不仅会影响建筑建设进度，还会给施工人员生命安全及工程施工安全埋下巨大的安全隐患。笔者从超高建筑施工的实际安全监控需求出发，就其智能监控系统相关设计方案，阐述几点观点。

关键词：超高建筑；安全施工；智能监控系统；设计方案

现阶段世界各地的经济贸易交流日益频繁，各城市发展迅速，就我国的城市而言，上海、南京、广州、香港等地的经济发展极为迅速，导致市中心土地愈发紧张，为进一步促进城市发展、提高土地利用率，上海等城市相继建设多栋超高建筑。但在超高建筑建设过程中，受建筑施工特殊性影响，其安全施工状态得不到保障。随着现代科技不断进步，借助现代科技成果，在超高建筑施工时，对其进行实时智能监控，提高施工安全性，促进超高建筑施工顺利进行，具有十分重要的现实意义。

1智能监控系统的基础构成概述

本系统主要由无线智能传感器、无线局域网络、数据测控中心、结构状态预测系统、人工智能评测软件系统构成，并由无线控制闭环进行相关控制。

无线智能传感器分布于施工环境周围，以采集数据并将多层次、多参数的监测数据，通过无线局域网络传输至数据测控中心，进行相应的数据处理、分析，其数据分析结果传输至结构状态预测系统进行施工状态分析，最终由人工智能评测系统对施工状态分析结果进行施工状态趋势分析，从而形成完成智能施工安全监控系统。

2智能监控系统具体设计内容分析

2.1定位检测模块设計分析

本设计方案定位检测系统选用ZigBee定位系统，其定位基准点由ZigBee系统无线定位，并与被测移动节点相结合构成跟踪定位网络。该系统通过对比各节点的数据质量检测、信号强度等信息，可获得被测点和基准点间的声频信号、射频信号信息，结合系统信号接收和发射的场强，即可具体计算出被测节点的实际位置。

WSN（无线传感器）网络定位算法种类较多，从实用性和典型性角度分析，笔者主要推荐以下三种算法。第一种，Euchidean算法，优点是节能，计算精度和建设成本相对适中；第二种，Bounding Box算法，是三种算法中能耗最小的，计算精度受锚节点影响较大，故而当要求其具备较高精度时，成本也随之增加；第三种，Robust Posion算法，该算法应用两跳法进行实际运算，计算精度最高，可将被测节点信息控制在mm级别，且无高密度锚节点设置要求，成本相对较低，但该算法能耗最大。在实际应用中，建筑单位可依据实际需求，选择合理的定位算法，以满足安全监控定位需求。

2.2气象参数检测模块设计分析

气象参数检测模块主要用于检测风速、风向、降雨量、温度等环境参数，由于超高建筑施工多为高空作业，远离地面，此类环境因素会对施工人员安全性产生较大影响。

本设计方案中，选用三项超声风速仪作为系统风力传感器，对建筑周围环境风速、风向等风元素变化情况进行实时监测，以供建筑施工状态、环境安全分析参考，并用以探究建筑物在极限风环境下的工作状况。分别对降雨量测量记录仪和大气温度计作为降雨量传感器和温度传感器，用以实时监测环境温度和降雨量。

2.3温度数据检测模块设计分析

温度数据检测模块主要针对建筑构件内部温度进行测量，并不涉及环境温度检测内容。主要使用混凝土温度传感器，针对建筑物主体结构中的重要建筑构件温度，进行实时监控，以供分析其受力变形、结构状态等工作参考。

2.4应变检测模块设计分析

应变检测模块在超高建筑智能监控系统中占据重要地位。本设计中使用WDAQ100系列智能应变无线传感器，对超高建筑各主要混凝土及钢建筑构件进行应变监测。该应变传感器具有体积小、运行稳定、便于拆装等特点，适合在高层建筑相对狭小的空间中使用。可为建筑结构评价工作提高准确、详实的检测数据。

2.5加速度检测模块设计分析

加速度检测模块主要对地震载荷、风载荷等作用下，建筑物的加速度响应情况进行实时监控，用以评估超高建筑的整体动力特性，并对超高建筑安全状况、结构健康、以及日常运营等评测工作提供相应的数据依据。本设计选用ZigBeeWDAQ1003型号的三向无线加速度传感器进行检测。该传感器为触发式采样传感器，其采样频率为50.0Hz，需人工定警戒阀值，当发生地震或其他引发建筑物加速度大于阀值的事件时，传感器开始收集建筑物加速度相关数据信息，并将数据信号传输至最近的中心阶段，最终送至数据中心进行相应的数据处理。

2.6超高建筑倾斜检测模块设计分析

超高建筑在建设施工过程中，受环境因素或施工因素影响，易出现建筑主体倾斜或转动现象。使用单一倾斜传感器，仅能得出建筑物转动角度位移信息。应用多个倾斜传感器，即可实际测量出建筑物的水平位移具体数值。

2.7数据采集、传输、存储及处理分析模块设计分析

本设计中所有数据采集工作均有各数据传感器完成。数据传输模式为传感器至中心节点至无线局域网络的模式。数据相关储存及处理分析工作，则由数据测控中心及人工智能评测软件系统共同完成。

3智能施工安全状态监控系统特点分析

智能施工安全状态监控系统与传统施工安全管理相比，通过多种现代化科技的应用，可实时对施工状态进行监控，很大程度上减少了施工安全管理的工作量，并可迅速对数据进行科学分析，从而对施工安全状态发展趋势作出合理预判，进一步提高了施工安全管理的可靠性和有效性，其具体特点可大致分为以下几点内容。

第一，智能监控系统通过对施工的实时监控和数据分析，可将施工状态始终控制在人工设定的指定范围之内，并相应形成科学的施工状态预测系统，不仅可满足超高建筑施工安全管理要求，还可有效提高建筑施工质量。

第二，计算机技术提供了极为强大的数据储存、处理功能，管理人员可随时查看历史数据记录信息，也可通过不同的计算软件，详细计算多种安全管理数据信息。

第三，当施工安全状态出现较大波动，导致某一数值超出系统安全设定值时，智能系统可自动进行安全报警，并搭配声光报警等多种报警方式，以降低安全事故发生概率。

4结束语

施工安全问题是建筑施工管理的重点问题，尤其在超高建筑施工中，由于施工环境较为复杂，应用传统的施工安全管理具有较多的局限性。智能施工安全监控系统对施工安全状态进行实时监控，可有效提高安全管理效率和施工质量，从而确保超高建筑施工顺利完成。

参考文献：

[1]田湛君，李劲，毕卫红等.超高建筑安全施工状态智能监控系统设计[J].四川建筑科学研究，2010（01）.

[2]何杰.绿色与安全施工实时监控系统研究[D].大连理工大学，2014.

[3]叶伟能.建筑工地安全施工3G视频监控系统设计与实施[D].北京邮电大学，2014.

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