李青 黃展業(yè) 黃永忠 蘆嘉怡

摘 ? ?要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)不斷推進(jìn)，我國(guó)城市建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，但是我國(guó)土地資源較為稀少，在建筑過(guò)程中需要采用更好的技術(shù)充分提高建筑物空間，建設(shè)大體積混凝土和超規(guī)模施工建筑物趨勢(shì)越來(lái)越明顯，大體積混凝土施工會(huì)因?yàn)閮?nèi)部溫度的變化，熱脹冷縮使得建筑物產(chǎn)生裂縫。因此，本文主要針對(duì)全自動(dòng)化無(wú)線多點(diǎn)式溫測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)大體積混凝土內(nèi)部溫度施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，從而有效防止大體積混凝土施工中受到內(nèi)部的溫度影響。

關(guān)鍵詞：無(wú)線多點(diǎn)式溫測(cè)系統(tǒng);遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);大體積混凝土;內(nèi)部溫度

1 ?前言

大體積混凝土施工在各個(gè)建筑工程中的應(yīng)用非常廣泛，所謂大體積混凝土，在實(shí)際施工中主要包含兩個(gè)概念：①大體量混凝土在實(shí)際修建中其最小幾何尺寸不小于一米;②因膠凝材料水化，致使建筑內(nèi)部出現(xiàn)溫度變化，或材料收縮致使材料內(nèi)部出現(xiàn)裂縫的混凝土?；A(chǔ)澆筑階段，混凝土內(nèi)部在逐漸凝固過(guò)程，會(huì)釋放出大量的混凝土水化熱，這些能量的釋放會(huì)在建筑物內(nèi)部表現(xiàn)出漸變的溫度，逐漸呈現(xiàn)出高溫差。加上建筑物內(nèi)部，在不同位置，熱量很難得到有效的釋放，最終導(dǎo)致混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，出現(xiàn)溫度裂縫。裂縫的產(chǎn)生造成嚴(yán)重的安全隱患，上下裂縫嚴(yán)重會(huì)形成貫穿和滲漏，建筑物內(nèi)的鋼筋會(huì)因?yàn)榱芽p接觸空氣，逐漸反應(yīng)出現(xiàn)銹蝕。這些不利因素直接對(duì)混凝土的耐久性造成影響，本應(yīng)該有70年使用壽命的建筑，可能會(huì)因此埋下重大隱患。因此，本文以北京南寧大廈項(xiàng)目為例，總結(jié)全自動(dòng)化無(wú)線多點(diǎn)式溫測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)大體積混凝土內(nèi)部溫度施工經(jīng)驗(yàn)，供同類工程參考。

2 ?工程概況

北京南寧大廈項(xiàng)目，總建筑面積為35000m2，主樓采用筏板基礎(chǔ)，筏板厚度2.0m～3.0m，裙樓及地下室部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)，局部基礎(chǔ)采用螺旋灌注樁基礎(chǔ)，底板厚度為800mm。為了保證本項(xiàng)目筏板及底板大體積混凝土的施工質(zhì)量，計(jì)劃底板、筏板、樓板、剪力墻砼計(jì)劃采用“跳倉(cāng)法”施工，設(shè)置水平施工縫，對(duì)底板進(jìn)行分層次分塊澆筑。對(duì)部分區(qū)域G倉(cāng)分區(qū)建筑基礎(chǔ)及主體筏板混凝土澆筑完成后對(duì)筏板進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，利用無(wú)線多點(diǎn)式全自動(dòng)化遠(yuǎn)程測(cè)溫技術(shù)，及時(shí)掌握混凝土塊體內(nèi)部溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及變化規(guī)律。

3 ?技術(shù)原理

提前預(yù)埋多個(gè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)元器件，通過(guò)多通道振弦采集器對(duì)多個(gè)溫度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，由GPRS數(shù)據(jù)采集終端無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)至云服務(wù)器，系統(tǒng)調(diào)取云服務(wù)器的溫測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)查看采集數(shù)據(jù)，并形成直觀的溫差曲線圖和出具報(bào)表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)溫度。此外，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)大體積混凝土各監(jiān)測(cè)點(diǎn)或與大氣溫度之差超過(guò)一定數(shù)值的時(shí)候，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，并通過(guò)手機(jī)短信的方式及時(shí)通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，指導(dǎo)項(xiàng)目部結(jié)合實(shí)際情況和科學(xué)依據(jù)，制定出對(duì)應(yīng)的措施，更好的將混凝土的內(nèi)外溫差控制在可掌握范圍內(nèi)，在臨界值之上完成建筑物的澆筑，降低溫差應(yīng)力造成裂縫的概率[1]。

4 ?施工工藝

4.1 ?施工工藝流程

監(jiān)測(cè)元器件的選擇→編制監(jiān)測(cè)方案→測(cè)溫點(diǎn)位布設(shè)→溫度傳感器埋設(shè)及線纜安裝→監(jiān)測(cè)方法及頻率→系統(tǒng)登錄、操作培訓(xùn)→監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及展示→信息收集反饋及應(yīng)急措施。

4.2 ?監(jiān)測(cè)元器件的選擇

WD120溫度傳感器：作為一種埋入式傳感器，這種傳感器在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中已經(jīng)有成熟的應(yīng)用，在建筑行業(yè)內(nèi)，這種傳感器主要是對(duì)混凝土施工進(jìn)行溫度控制、對(duì)水工建筑物進(jìn)行溫度測(cè)量。從結(jié)構(gòu)上分析，堅(jiān)硬的不銹鋼外殼內(nèi)包含著核心器件：半導(dǎo)體熱敏電阻，配上專用電纜，故而具備了四項(xiàng)優(yōu)異的性能：①超高防水性;②超高的靈敏度;③使用精度非常準(zhǔn)確;④設(shè)備可靠性值得信賴。

F16多通道振弦采集儀是專業(yè)的溫度傳感信號(hào)采集儀，可對(duì)16通道振弦頻率，16通道熱敏電阻，16通道通用標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集，自動(dòng)定時(shí)采集存儲(chǔ)。一路可調(diào)電源輸出為模擬傳感器定時(shí)供電，可將16路振弦頻率信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號(hào)。FD01單通道振弦采集儀原理與F16多通道振弦采集儀相同，但只能傳輸一條通道一個(gè)溫度傳感器的數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度傳感器多于16個(gè)的時(shí)候，可考慮采用。

JH-RS485 GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)采集終端一般應(yīng)用MODBUS協(xié)議：串口數(shù)據(jù)與IP數(shù)據(jù)能夠通過(guò)SIM卡聯(lián)網(wǎng)后，連接服務(wù)器中心，從而使得二者能夠很好的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和管理。支持各類組態(tài)軟件和自編程軟件的對(duì)接，最終通過(guò)無(wú)線通信GPRS/3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線終端設(shè)備（業(yè)內(nèi)簡(jiǎn)稱DTU）。

使用出廠標(biāo)定并在有效期內(nèi)的監(jiān)測(cè)元器件，按照先檢驗(yàn)后安裝監(jiān)測(cè)元器件的原則，在進(jìn)行檢驗(yàn)并取得合格證后進(jìn)行安裝，并進(jìn)行監(jiān)測(cè)元器件的調(diào)試，能夠正常工作才算完成安裝;如有異常，需要重新安裝或是更換監(jiān)測(cè)元器件。

4.3 ?編制監(jiān)測(cè)方案

為確保監(jiān)測(cè)工作順利展開需要將整個(gè)方案進(jìn)行編制，全面了解工程概況，針對(duì)工程的特點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)的混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)監(jiān)測(cè)工作要點(diǎn)做出合理的安排，確定整個(gè)監(jiān)測(cè)的方向，并指導(dǎo)整個(gè)監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)，起到統(tǒng)籌規(guī)劃的目的。

4.4 ?測(cè)溫點(diǎn)位布設(shè)

想要獲得更加全面、更加準(zhǔn)確的大體積混凝土內(nèi)部的溫度情況，需要根據(jù)實(shí)際的澆筑和體積大小進(jìn)行測(cè)溫點(diǎn)的埋設(shè)。其位置應(yīng)該具有很強(qiáng)的代表性，一般選擇部位應(yīng)該滿足以下五點(diǎn)：①溫度變化大、②容易散熱、③外界環(huán)境的影響會(huì)使得溫度變化非常明顯、④絕熱溫升最大、⑤在建筑體內(nèi)呈現(xiàn)出的收縮拉應(yīng)力相對(duì)最大，在測(cè)點(diǎn)布置上需要結(jié)合澆筑結(jié)構(gòu)的斷面尺寸和平面尺寸綜合考量。

溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置必須圍繞以下三點(diǎn)展開：①混凝土塊體里外溫差能夠真實(shí)呈現(xiàn)出來(lái)、②降溫速度可呈現(xiàn)出來(lái)且具有很高的真實(shí)性、③環(huán)境溫度?？蓞⒖家韵聨c(diǎn)：

（1）布置范圍：矩形以對(duì)稱軸線作為測(cè)溫區(qū)，其余形狀均可根據(jù)對(duì)稱軸的半條軸線作為測(cè)溫區(qū)。所有的測(cè)點(diǎn)均在測(cè)溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行選擇完成布置。

（2）監(jiān)測(cè)的位置和數(shù)量可遵循建筑體內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布完成，根據(jù)溫度控制的具體要求來(lái)確定。

（3）選擇測(cè)溫區(qū)完成測(cè)溫點(diǎn)的布置，宜選擇中心位置，將其均勻的布置，一般來(lái)說(shuō)采用梅花形布置更好。

（4）外表溫度測(cè)量先選定參照點(diǎn)，深入?yún)⒄拯c(diǎn)內(nèi)（100±50）mm處進(jìn)行測(cè)量，所得的溫度視作標(biāo)準(zhǔn)。

（5）表面溫度測(cè)量，以混凝土澆筑塊體底表面作為參照點(diǎn)，在其上方（100±50）mm處完成測(cè)量所得到的溫度為準(zhǔn)。

4.5 ?溫度傳感器埋設(shè)及線纜安裝

在底板施工期間提前埋設(shè)溫度傳感器，溫度傳感器的線纜沿著鋼筋走向布置，同時(shí)把線纜穿好PVC管，見圖3。每隔兩米左右用鐵絲將管線綁扎在鋼筋下方，在管線上方做好標(biāo)識(shí)并交代工人注意避讓。在預(yù)先選好的地方用彎頭做好線纜的布置，將溫度傳感器垂直放置到所需監(jiān)測(cè)部位，減少破壞。多通道振弦采集器或單通道振弦采集器、GPRS數(shù)據(jù)采集終端統(tǒng)一集中安裝在電箱內(nèi)，做好警示標(biāo)識(shí)以及電源、線纜的保護(hù)，防止在施工過(guò)程中遭到破壞。溫度傳感器的線纜連接電箱內(nèi)的多通道振弦采集器，對(duì)溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由GPRS數(shù)據(jù)采集終端上傳數(shù)據(jù)至云服務(wù)器。

4.6 ?監(jiān)測(cè)方法及頻率

每天監(jiān)測(cè)前對(duì)使用儀器進(jìn)行自檢，確認(rèn)儀器運(yùn)轉(zhuǎn)情況，定期對(duì)儀器進(jìn)行保養(yǎng)。溫度監(jiān)測(cè)時(shí)間的第0天自大體積混凝土澆筑完畢開始，止于澆筑后的第14天。最初因建筑內(nèi)部溫升相對(duì)更快，在第1～7天，按照2個(gè)小時(shí)一次的頻率完成溫度反饋;在第7～14天，后則每4個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次溫度反饋。

選擇多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫測(cè)數(shù)據(jù)，以此來(lái)對(duì)比大體積混凝土內(nèi)部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，也可以選擇大氣溫度的溫度之差進(jìn)行對(duì)比。舉例來(lái)說(shuō)：選擇參考點(diǎn)以內(nèi)100mm處視作測(cè)溫點(diǎn)A（面），參考點(diǎn)的內(nèi)部垂直中部視作測(cè)溫點(diǎn)A（中），底表面以上100mm處視作測(cè)溫點(diǎn)A（底），各測(cè)溫點(diǎn)之間的對(duì)比關(guān)系見表1。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，混凝土內(nèi)部的各測(cè)溫點(diǎn)溫度在25℃以內(nèi)，外表和底表測(cè)溫點(diǎn)的溫度在20℃以內(nèi)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫差超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，立即告知負(fù)責(zé)人，并采取對(duì)應(yīng)的應(yīng)急措施，內(nèi)外溫差做好及時(shí)有效的控制能夠很大程度上避免開裂。監(jiān)測(cè)過(guò)程中若儀器出現(xiàn)異常，需要立即停止測(cè)試，并對(duì)儀器進(jìn)行維修或調(diào)換，與此同時(shí)，對(duì)設(shè)備故障所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)全部進(jìn)行重新監(jiān)測(cè)。

4.7 ?系統(tǒng)登錄、操作培訓(xùn)

通過(guò)舉辦系統(tǒng)培訓(xùn)會(huì)，保證工程項(xiàng)目管理人員和主管業(yè)務(wù)部門更好的應(yīng)用系統(tǒng)，并編制印發(fā)系統(tǒng)操作指導(dǎo)手冊(cè)，讓應(yīng)用人員更熟練地操作系統(tǒng)各個(gè)功能模塊。

系統(tǒng)的登錄可通過(guò)手機(jī)端和電腦端網(wǎng)頁(yè)輸入地址登錄，只要有網(wǎng)絡(luò)即可保證隨時(shí)隨地進(jìn)行數(shù)據(jù)查閱。

進(jìn)入系統(tǒng)后首先看到的是項(xiàng)目運(yùn)行情況總覽，該界面可以掌握在線項(xiàng)目數(shù)量，完結(jié)數(shù)量及項(xiàng)目是否有異常情況，第一時(shí)間掌握項(xiàng)目動(dòng)態(tài)情況，并且可以從右側(cè)地圖了解項(xiàng)目分布區(qū)域，更好地管理項(xiàng)目及項(xiàng)目的分配，有助于項(xiàng)目更好，更科學(xué)的開展。

進(jìn)入系統(tǒng)后，新建項(xiàng)目先登記各項(xiàng)目各參建單位聯(lián)系人信息登記表（如下圖所示），需要填寫相關(guān)單位信息，聯(lián)系人電話。該項(xiàng)目登記表不僅可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能，而且可以實(shí)現(xiàn)異常情況第一時(shí)間以手機(jī)短信方式通知各參建單位的聯(lián)系人電話，實(shí)現(xiàn)及時(shí)掌握，及時(shí)商討應(yīng)對(duì)措施，避免工程事故的發(fā)生。

系統(tǒng)在建好項(xiàng)目后，需要根據(jù)具體實(shí)際情況設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，選擇不同測(cè)位的溫度傳感器，以及各溫度傳感器的監(jiān)測(cè)頻率、周期[2]。

4.8 ?監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及展示

通過(guò)系統(tǒng)查看溫差曲線圖以及監(jiān)測(cè)總報(bào)表數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上可以查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)曲線圖，掌握每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化情況，為數(shù)據(jù)的分析提供一個(gè)可靠地依據(jù)，并且可以根據(jù)目前情況預(yù)測(cè)以后的變化情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平臺(tái)化，可視化，見圖4。選取5.2m大體積混凝土澆筑塊體，砼強(qiáng)度等級(jí)為C35的測(cè)溫過(guò)程為例，系統(tǒng)上可以查看項(xiàng)目總數(shù)據(jù)、篩選測(cè)溫點(diǎn)對(duì)比數(shù)據(jù)、告警日志，導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)、報(bào)表，導(dǎo)出報(bào)告或者從指定數(shù)據(jù)導(dǎo)出報(bào)告。

4.9 ?信息收集反饋及應(yīng)急措施

目前絕大多數(shù)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所遵循的采集制度是實(shí)時(shí)采集，這樣得到的數(shù)據(jù)量最大化，信息量也最多，可是隨之而來(lái)的問(wèn)題是數(shù)據(jù)量太多了，以至于沒(méi)有足夠的人力資源進(jìn)行處理分析，而且得到的信息中有很多是重復(fù)的冗余信息[4]。這種情況使得重要的信息不突出，導(dǎo)致其湮沒(méi)于眾多巨大的信息中，造成了主次不分明的問(wèn)題，很容易使重要的信息被遺漏，給溫度的監(jiān)測(cè)以及預(yù)警帶來(lái)極大的麻煩。因此測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集中必須有采集優(yōu)化方法，以便能采集到有意義的數(shù)據(jù)，盡可能減少重復(fù)性的、冗余的、日常性的數(shù)據(jù)。

本工程應(yīng)用的無(wú)線多點(diǎn)式溫測(cè)系統(tǒng)完成監(jiān)測(cè)后，系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)以及結(jié)果進(jìn)行全自動(dòng)化整理，然后匯總、處理，儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，最后打印出具監(jiān)測(cè)報(bào)告，作為施工資料進(jìn)行存檔，同時(shí)為以后研究混凝土內(nèi)部溫度變化規(guī)律提供了最直接的數(shù)據(jù)。

在南寧民族大飯店項(xiàng)目大體積混凝土澆筑完第二天，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，基礎(chǔ)混凝土內(nèi)外溫差超過(guò)了25℃，項(xiàng)目部及時(shí)采取加蓋草杉、棉被等應(yīng)急措施降低混凝土內(nèi)外溫差，從而避免了混凝土因內(nèi)外溫差過(guò)大引起混凝土脹裂，保證了基礎(chǔ)混凝土的質(zhì)量。

5 ?質(zhì)量控制

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)元器件的安裝質(zhì)量應(yīng)保證位置準(zhǔn)確，確保防護(hù)措施的完善，重視雨淋情況或碰撞情況，澆筑階段需要有專人進(jìn)行監(jiān)督和檢查。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部選擇紅色的醒目標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)的工人應(yīng)該得到全面、深入的宣教，最大程度上避免因人為影響對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行影響，出現(xiàn)異常變化的監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要進(jìn)行復(fù)核。在混凝土澆筑施工過(guò)程中，安排專人對(duì)埋設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行定期巡查[3]。

所有元器件數(shù)據(jù)以無(wú)線完成傳輸，選擇GPRS/3G/4G網(wǎng)絡(luò)，控制設(shè)備的靈活運(yùn)用后還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制。這種無(wú)線傳輸對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)完成采集和控制的過(guò)程，更加簡(jiǎn)單方便，表現(xiàn)出異常后現(xiàn)場(chǎng)管理人員也能夠及時(shí)檢查并處理。

系統(tǒng)的研發(fā)應(yīng)滿足一定的功能，系統(tǒng)由感知層、傳輸層和運(yùn)用層組成，具體的七個(gè)系統(tǒng)能夠在各層面上實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，能夠很大程度上實(shí)現(xiàn)可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。其中最具有影響力的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為一種提供獲取實(shí)時(shí)變化信息的工具，能夠幫助決策者在制定的目標(biāo)之下完成正確的決策。

6 ?總結(jié)

綜上，傳統(tǒng)的測(cè)溫施工工序繁瑣，存在數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)的問(wèn)題，而無(wú)線多點(diǎn)式溫測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)全天候無(wú)人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，全自動(dòng)化遠(yuǎn)程獲取大體積混凝土內(nèi)部溫度變化的數(shù)據(jù)，相應(yīng)主管部門或者項(xiàng)目部通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)情況，及時(shí)采取必要的工程應(yīng)急保養(yǎng)措施，確保內(nèi)部溫度的變化不會(huì)在建筑物內(nèi)部排放困難，形成裂縫，從而為建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量添上保護(hù)傘。

針對(duì)全自動(dòng)化無(wú)線多點(diǎn)式溫測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)大體積混凝土內(nèi)部溫度施工技術(shù)，想要有效改善大體積混凝土內(nèi)部溫度，需要通過(guò)有效的施工方法，以測(cè)溫設(shè)備完成監(jiān)控，確保建筑物內(nèi)部溫度在可控范圍內(nèi)，降低施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)事故，使建筑質(zhì)量得到有效提高。無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，多點(diǎn)式監(jiān)測(cè)溫度，全自動(dòng)化遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)，溫差數(shù)據(jù)自動(dòng)形成曲線圖直觀反映，有利于及時(shí)采取混凝土應(yīng)急養(yǎng)護(hù)措施。

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