智能监测技术在施工过程中的应用

随着物联网、传感网、大数据技术在工程各个阶段的渗透和技术融合，施工阶段关键内容的控制技术也得到了快速发展，极大地提高了工程建设的管控能力。在施工阶段中，需要管控的技术风险点较多，典型的技术控制包括地下水位监测、基坑变形监测、大体积混凝土温度监测、结构变形监测等内容，现有的智能化手段让诸多监测内容变得更加智慧化、可视化、实时化。考虑到施工中过程监控的应用点较多，本节仅列举部分监测应用场景。

1）地下水实时监测智能化系统

地下水实时监测智能化系统是指在数字化管理理念的基础上，利用现阶段信息及物联网技术的发展成果，实现对地下水数据的实时采集，并依托现代通信手段，将监测数据无线传输至数据中心，最终实现地下水监测数据的分类、汇总及分析管理。该系统应具备以下功能：

①自动实现施工降水监测数据的不间断采集、存储、处理、精度评定。

②自动实现施工降水监测数据的实时传递，确保数据可以在第一时间通过网络传送到管理者手中。

③自动生成各类地下水监测报表及相关分析曲线图等监测数据分析报表，通过多种预测分析手段对施工降水风险进行实时预警。

2）基坑及环境变形实时智能化监测系统

基坑及环境变形实时智能化监测系统通过监测传感仪器层实时采集现场施工监测数据，监测数据汇集到现场控制中心层对施工数据进行初步分析，并通过网络传输至远程控制中心层对监测数据进行深度分析，预测施工风险发展趋势并对影响程度进行评估，做到施工安全风险“及早发现、及时评估、即时预警”。同时，借助现场控制中心层和远程控制中心层的数据处理分析功能实现施工监测数据的可视化。

基坑及环境变形实时监测与可视化系统监测必须对基坑施工过程中的基坑本体结构和周围环境影响进行有效监控，明确监测内容，确保基坑工程施工安全可控。基坑施工监测具体监测内容主要包括对支护结构本体（如围护结构水平 / 垂直变形、围护结构倾斜变形、支撑结构内力、立柱隆沉及坑底土体变形等）、地下水状况、周边土体变形、周边建筑沉降、市政管线及设施、其他应监测的对象。

基坑工程由于其地质条件的不确定性、工程施工条件复杂性等因素，工程建设面临着众多安全风险。为了提升基坑工程施工的安全性，往往在基坑围护结构、水平支撑结构、竖向支撑结构及周边建构筑物附近布设大量的监测传感器（如测斜仪、水位计、分层沉降仪、钢筋轴力计等）进行24 h 不间断数据测量，这些监测设备的存在不仅可以确保基坑工程施工的安全与高效，同时可以为基坑工程施工建设提供可靠的数据来源。

3）大体积混凝土温度实时监测系统

在大体积混凝土的浇筑过程中，混凝土的养护工作对混凝土内外温度的控制具有重要意义。由于体积大，表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。当混凝土内外温差较大时，混凝土易产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。而传统的人工洒水养护方式，在耗费大量劳动力的同时往往达不到理想的养护效果，譬如工人洒水不及时、大面积洒水不均匀、频率不足等都将造成早期混凝土失水开裂，影响混凝土的后期质量。特别是在夜间及炎热天气时，依靠人工很难实现混凝土的持续有效养护。(www.xing528.com)

在大体积混凝土的养护过程中存在着混凝土水化热、混凝土表面与外界的热交换；不同混凝土浇筑体的温度、温度应力及收缩应力也不尽相同；不同养护阶段对混凝土的内外温差也有不同要求。为了做好大体积混凝土浇筑质量控制，特别需要高自动化和智能化的温控系统。目前，已有实践应用实现了智慧温控。其工作原理为利用温度、湿度感应器采集已浇筑大体积混凝土表面、中部及底部温度、环境湿度等信息，经 433M 无线传输的温度传感器数据通过中继器接入现场 PLC 系统，同时将现场数据通过无线传输到云端。管理人员通过系统集成的相关数据和养护周期等信息，结合现场布设的养护水管及360°旋转喷头，对混凝土进行全方位、全湿润的持续养护。整个应用主要包括了搭建前置采集系统、养护系统、现场控制系统、物理网云端服务器、远程终端控制等几个部分。

（1）采集系统

混凝土表面及内部温度检测部分，由温度监测探头、HC-TW80 温度采集器、湿度传感器等构成。为防止混凝土水化热及随之引起的体积变形而产生开裂，在大体积混凝土浇筑前，需在其内部铺设冷凝水循环系统，用以降低混凝土内部水化热产生的温度。同时在结构物浇筑时应提前在混凝土内部布设温度监测探头，浇筑后实时监测混凝土内部温度，并与环境信息进行集成分析，确定施工阶段大体积混凝土浇筑体的升温峰值，里表温差及降温速率的控制指标，从而制订相应的温控技术措施。

（2）养护系统

养护系统由水箱、泵、液位监测，喷淋水管、360°旋转式喷头和冷却管路等组成，PLC 根据水箱上的液位开关来自动控制进水泵的启停，消除水箱供水不足现象。

（3）现场控制系统

现场控制系统由433中继器、现场PLC控制器（包括数字 I / O、模拟量出入及通信模块），双向无线数据传输装置组成，集成在现场控制箱内。PLC 根据检测的温度及相应的算法实时控制喷淋加压泵、冷却加压泵的启停，执行PLC 的控制策略。同时将现场数据通过无线传输至云端。

（4）物联网云端服务器

物联网云端服务器实时接收各个工程项目中不同浇筑点的数据（数据可以是同一个项目的不同浇筑点，也可以是位于不同城市的项目）并存储在云端数据库中，相关人员可以通过配备了 IE 浏览器的终端和下层物联网设备进行实时的人机对话和监控、也可以借助智能手机完成上述操作。

（5）远程终端控制

由于数据服务器设置在云端，所有相关操作人员或管理人员借助于智能手机和各种远程终端，可以在任何地方进行控制；也可以通过Web 界面完成人机对话功能，对养护持续时间和时间间隔进行设置，系统针对设置进行自动循环喷淋养护；也可以对温度、湿度进行设定，若监测到表面湿度、混凝土内外温差不符合要求时，系统自动进行智能养护工作。也可以实时显示现场的喷淋及冷却状态、所有相关控制设备的实时工作状态、各个温度测点的趋势变化图、温度的历史记录及归档，也可以根据需要进行一些质量分析等。