于雪飛

摘? ?要：改革開放以來，伴隨著我國綜合國力的快速提升，人們的生活質(zhì)量和水平都獲得了長足的進步。活躍的市場經(jīng)濟也促進了人居環(huán)境的改善，城市化進程的加快使得一些使用年限較長，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性缺乏保障的危房亟待統(tǒng)一管理并采取相應(yīng)的安全保障措施?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的24h可視化全程實時監(jiān)控房屋監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠為分析房屋結(jié)構(gòu)變化的動態(tài)情況提供及時的報警功能。本文結(jié)合云平臺危房監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及各部分功能進行深入的研究與分析。結(jié)合實際詳盡地剖析了該危房健康監(jiān)測系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中的流程與效果，希望以此為后續(xù)危房改造和危房狀態(tài)監(jiān)控的效果提升帶來一定幫助。

關(guān)鍵詞：危房監(jiān)測? 云計算技術(shù)? 云平臺? 健康監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（c）-0152-03

近年來，快速發(fā)展的先進科學(xué)技術(shù)已經(jīng)極大程度地改進了人們的日常生活和工作方式。生產(chǎn)和制造技術(shù)的突破與升級也推動了先進技術(shù)的實踐和應(yīng)用。各行業(yè)的經(jīng)營與運行模式也向著更加高效的智能化轉(zhuǎn)變。在時代的更替進程中，城市邊緣的擴張和人口數(shù)量的激增都讓傳統(tǒng)老舊住宅的淘汰速度逐漸變快。而在對這些存在一定安全隱患的老舊建筑進行管理、維修和拆除等過程中，為了全面保證過程的安全性應(yīng)進行妥善的處理和全程安全監(jiān)測。

1? 老舊危房監(jiān)測及安全管理現(xiàn)狀分析

目前城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)存在的老舊危房大多建成年限較早，建筑主體結(jié)構(gòu)大都由砌筑體和混凝土組合而成。在長期的使用過程中，受到外界自然條件、地質(zhì)活動和氣候環(huán)境的影響，其結(jié)構(gòu)強度往往出現(xiàn)了明顯的衰減。部分破敗嚴重的危房甚至存在明顯的墻體裂縫和傾斜等現(xiàn)象，存在著巨大的安全隱患。老舊危房的監(jiān)察管理一直以來都靠人工巡查的方式進行，由于危房的分布十分分散，傳統(tǒng)人工走訪巡查的方式不僅效率低，在管理水平和全面性上也存在很大的局限性?，F(xiàn)階段，我國大部分中小城市及城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村的信息化管理系統(tǒng)建設(shè)并不完善，相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施大多較為落后，這就為危舊房屋的統(tǒng)一化維護管理帶來了較大困難。近年來，因老舊危房管理不善而倒塌，造成人員傷亡的案例屢屢見諸報端，這也引發(fā)了社會公眾的極大關(guān)注。老舊危房因建造年限較為久遠，受到當(dāng)時的建筑施工技術(shù)和建筑工藝等方面的影響和制約，其整體的結(jié)構(gòu)強度和耐用度并不穩(wěn)定，加之當(dāng)時也沒有一套相對健全的科學(xué)管理機制，這就造成了在后續(xù)的住房使用和維修過程中，維護、監(jiān)督與管理的相關(guān)措施難以有效開展。另一方面，在眾多中小規(guī)模城市中危房較為普及。這很大程度上與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟狀況和社會發(fā)達程度有關(guān)。經(jīng)濟發(fā)展的速度會間接影響到城市建筑更新迭代的速度。老舊危房在缺少活力的經(jīng)濟環(huán)境中即便超出了服役年限，也會因為種種客觀原因而不得不繼續(xù)居住和使用。

根據(jù)我國現(xiàn)行的危房鑒定相關(guān)標準及分類方式來看，C級和D級危房需要采取相應(yīng)措施進行處理。其中，C級危房需要進行加固維修并在確認其結(jié)構(gòu)強度滿足居住安全的硬性指標基礎(chǔ)上，才可繼續(xù)居住和使用。而D級危房則必須強制搬離。以上兩類危房級別的鑒定需要結(jié)合實際情況而做綜合考量。在對危房的危險程度進行客觀評定時，需通過房屋傾斜變形的程度和建筑物主體的裂縫分布情況判斷其具體的危房等級。而為了提升危房鑒定過程的準確性和時效性，就必須在前期加強危房的狀態(tài)監(jiān)測與管理。鑒于危房存在著極大的不確定性，何時倒塌及相應(yīng)的倒塌風(fēng)險也無法根據(jù)現(xiàn)有樣本進行客觀評定。只有通過密切的監(jiān)察和管控才能夠徹底排除安全隱患。相關(guān)部門可派巡查人員定期前往危房周邊進行檢查，并重點關(guān)注和記錄其在指定周期內(nèi)的變化情況，盡量減少監(jiān)測過程中的局限性。人工方式難以做到24h不間斷的監(jiān)測，而僅能夠間隔一段時間去對建筑物的主體結(jié)構(gòu)及局部關(guān)鍵受力點進行周期性觀察。采取的監(jiān)測方式，如射線法、沖擊回波法等由于其數(shù)據(jù)量有限且隨機性較大，也難以代表危房的真實情況。在后期的統(tǒng)計分析和危險級別分類時極易造成較大的誤差，由其導(dǎo)致的項目后期工作量無法確定。同時，傳統(tǒng)方式需要消耗的人力物力等監(jiān)察成本十分巨大，負責(zé)危房監(jiān)察的人員還必須具備專業(yè)的知識和豐富的經(jīng)驗。人工監(jiān)察主要依賴于主觀判斷的結(jié)果，這期間的人為因素也可能對危房管控的效果造成影響或引發(fā)預(yù)警不及時等問題。

從世界范圍內(nèi)來看，建筑結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)常見于橋梁、隧道等大型結(jié)構(gòu)的管理中，而在危房監(jiān)測領(lǐng)域則十分鮮見。這不僅是因為危房監(jiān)測專項資金有限，還由于多種智能傳感器技術(shù)的應(yīng)用需要較高的開發(fā)成本。而借助物聯(lián)網(wǎng)支持下的云平臺則可以降低傳統(tǒng)智能傳感器的使用量，利用先進的數(shù)據(jù)算法實現(xiàn)傳感信息的高效采集和分析，從而滿足了市場對于危房監(jiān)測的強烈需求。構(gòu)建基于云平臺的危房健康監(jiān)測系統(tǒng)不僅對于建筑業(yè)本身有著重要意義，對維護社會穩(wěn)定和國民的生命財產(chǎn)安全同樣至關(guān)重要。

2? 危房健康監(jiān)測涉及的監(jiān)控指標

用于衡量和評價房屋危險程度及存在危險因素的物理指標需要根據(jù)建筑物的主體結(jié)構(gòu)類型及承重情況進行差異化的確定。一般的危險因素包含了墻體的變形、裂縫、建筑材料的收縮、膨脹以及房屋傾斜程度和因地基不均勻所導(dǎo)致的沉降現(xiàn)象等。具體的危險因素確定方式及判別指標需要聯(lián)合房屋所處地理位置及建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的系統(tǒng)要求進行客觀評定。必要時可借助云平臺的健康監(jiān)測系統(tǒng)，對危房的多項指標進行同步實時監(jiān)測。將危房周邊傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)上傳至云端系統(tǒng)后，統(tǒng)計分析得出關(guān)于危房危險程度的判定結(jié)果。不同傳感器由于類型和功用的不同，可用于健康監(jiān)測系統(tǒng)的各子模塊中，用于監(jiān)測危房不同關(guān)鍵指標的變化情況。

2.1 傾斜沉降監(jiān)控

危房等建筑由于長期經(jīng)受來自地質(zhì)活動和外界人為因素所造成的干擾，經(jīng)常出現(xiàn)地基不均勻沉降現(xiàn)象。這種較為普遍的結(jié)構(gòu)變化的產(chǎn)生原因多見于結(jié)構(gòu)年久失修所造成的承載力下降。另外，建筑內(nèi)外部的荷載出現(xiàn)不平衡時也極易誘發(fā)房屋的傾斜和沉降。為此，在房屋鑒定的監(jiān)控標準中，用于衡量房屋安全等級的傾斜指標是評估房屋危險程度的重要依據(jù)。承載力結(jié)構(gòu)的傾斜和變形程度往往直接關(guān)聯(lián)樓房建筑物失穩(wěn)倒塌的可能性。一旦主體結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重的變形傾斜，建筑物內(nèi)部的應(yīng)力也會隨之急劇變化，致使局部承重結(jié)構(gòu)斷裂失效，進而擴大至整座建筑物的其他部分。這種現(xiàn)象的危害十分嚴重并且發(fā)展迅速，需要進行重點監(jiān)控和管理。

2.2 裂縫監(jiān)控

房屋裂縫的出現(xiàn)十分普遍，并且其形成原因也相對復(fù)雜。建筑物的內(nèi)部和外部因素都能直接引起裂縫的產(chǎn)生。對混凝土和砌筑體建筑物而言，墻體的開裂等結(jié)構(gòu)變形是世界范圍內(nèi)普遍存在的建筑異?，F(xiàn)象。由于混凝土和砌體結(jié)構(gòu)的相互作用關(guān)系及穩(wěn)定性受到破壞，內(nèi)外部的承載力發(fā)生變化或局部受力不均勻等都會導(dǎo)致樓體承載構(gòu)件產(chǎn)生裂縫，并隨著時間的推移不斷擴展延伸。因此，在危房健康監(jiān)測過程中關(guān)注裂縫的形成及變化規(guī)律能夠及時發(fā)現(xiàn)建筑物潛在的安全隱患，并為相應(yīng)補救措施的制定提供依據(jù)。

2.3 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控

在建筑物的不同時期和物理結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)下，房屋各構(gòu)件的應(yīng)力數(shù)值和方向會發(fā)生改變，甚至重新分布。對建筑物各主要構(gòu)件進行應(yīng)力和應(yīng)變的測量與評價，便能夠及時有效地掌握房屋內(nèi)部的受力變化情況，并由此判斷未來一段時間內(nèi)房屋可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變化，從而有效預(yù)防倒塌等危險事故的發(fā)生。

2.4 動力學(xué)特性監(jiān)控

從建筑動力學(xué)的角度對房屋內(nèi)部的主體結(jié)構(gòu)建模分析，可通過對物理模型的估計和測算，直觀的模擬出在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在異?；蚴軗p的部位。針對其動力特性，結(jié)合基頻、阻尼、模態(tài)等指標的變化規(guī)律總結(jié)出動力特性的異常變化范圍和趨勢。經(jīng)過理論分析后，再將其與標準數(shù)據(jù)進行對比，便能從中判斷出建筑物的主體結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷以及損傷的程度如何。

3? 基于云平臺的危房健康監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)及硬件組成

根據(jù)危房健康監(jiān)測系統(tǒng)的實際功能需要和應(yīng)用環(huán)境的要求，其基本系統(tǒng)架構(gòu)由硬件子模塊和軟件展示模塊兩部分構(gòu)成。從整體組成結(jié)構(gòu)來看，危房健康監(jiān)測系統(tǒng)是基于并行分布和無線監(jiān)測的控制系統(tǒng)。它將利用空中云計算分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，將大量數(shù)據(jù)的計算和分析任務(wù)交付給云端分布式計算機完成。經(jīng)過高效的運算和處理，整個數(shù)據(jù)周期的傳輸、交互和結(jié)果反饋都在云端實現(xiàn)。這種分散控制的執(zhí)行方式不僅提升了監(jiān)測的實時性，也可保證數(shù)據(jù)傳輸和計算結(jié)果的準確性，大幅度降低誤差。用戶無需專門購置計算機系統(tǒng)，只需將現(xiàn)有的硬件設(shè)備連同配套的計算機接入云端系統(tǒng)即可快速訪問權(quán)限范圍內(nèi)各節(jié)點所對應(yīng)的監(jiān)測對象。不同用戶之間還可以進行許可范圍內(nèi)的互聯(lián)和通信，為多部門的協(xié)同工作和分散式危房的實時監(jiān)控管理提供了有力的技術(shù)支持。在云平臺完成對傳感器采集數(shù)據(jù)的整理、分析和計算后，將及時把數(shù)據(jù)回傳至數(shù)據(jù)庫存儲，同時對最終的危房判定結(jié)果進行顯示，便于專業(yè)技術(shù)人員進行人工復(fù)核與判斷。

在監(jiān)測系統(tǒng)的分布和安裝方面，每棟作為獨立監(jiān)測對象的危房均需安裝多個傳感器和一臺監(jiān)控主機，負責(zé)各類物理信息的采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?。其中，傳感器能夠?qū)⑽７堪l(fā)生的傾斜角度，裂縫寬度及周邊環(huán)境的溫度和濕度等基本物理量通過電流、電壓信號的形式，經(jīng)傳感器內(nèi)部的轉(zhuǎn)換機將數(shù)字信號發(fā)送至云端服務(wù)器，進而系統(tǒng)就可以獲得由分散分布的多部監(jiān)控主機回傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，隨后有針對性的完成處理和分析。用戶在獲取相應(yīng)權(quán)限后也可查看和顯示相應(yīng)范圍的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)分析軟件進行監(jiān)測信息的瀏覽、查詢等基本操作。

3.1 硬件設(shè)備子模塊

（1）傳感器子系統(tǒng)：危房健康監(jiān)測系統(tǒng)中的傳感器部分是負責(zé)采集危房各類物理參數(shù)和指標數(shù)據(jù)的重要媒介。其主要包含用于測量危房傾斜程度和裂縫發(fā)生的傳感器，以及動態(tài)變化傳感器等。通過在危房的主要構(gòu)件上及周邊監(jiān)測點安裝傳感器，并和監(jiān)控主機進行組網(wǎng)連接實現(xiàn)基本的動態(tài)監(jiān)測功能。其電源由監(jiān)控主機直接供應(yīng)，在日常的監(jiān)測過程中，若監(jiān)測指標超過設(shè)定閾值和范圍時則自動觸發(fā)警報。

（2）嵌入式采集儀：用于危房監(jiān)測的監(jiān)測系統(tǒng)需要24h不間斷運行，因此在功耗上更傾向于選擇低功耗的整體結(jié)構(gòu)。監(jiān)測系統(tǒng)中嵌入的低功耗采集模塊可對采集到的電信號進行預(yù)編碼及傳輸。可通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至遠程云端服務(wù)器，進行后續(xù)的處理和計算。

（3）監(jiān)控主機：作為整套危房監(jiān)測系統(tǒng)的核心控制設(shè)備，監(jiān)控主機內(nèi)部布局了房屋數(shù)據(jù)的存儲和傳輸功能，并提供各模塊工作所需的電源。還可經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)輸出并上傳數(shù)據(jù)，實現(xiàn)危房數(shù)據(jù)的實時更新和監(jiān)測結(jié)果的及時反饋。

（4）云服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫：從長期使用的角度考慮，用于危房監(jiān)測系統(tǒng)的云服務(wù)器必須具備成本低、適應(yīng)性強、擴展性好等特點，并且在后期的日常維護和故障排除等過程中要易于操作。一般的云服務(wù)器多以固定IP地址為監(jiān)測系統(tǒng)提供實時的危房數(shù)據(jù)處理和狀態(tài)判別功能，這一過程的任務(wù)可分配給多個操作單元同步進行，以此平衡數(shù)據(jù)的傳輸和運算速度，全面提升各監(jiān)測點的反饋效率。經(jīng)匯總的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和初步處理后，可經(jīng)云平臺進行深度的加工和處理。分析和計算完成后的數(shù)據(jù)將被直接存儲于數(shù)據(jù)庫中。另一方面，數(shù)據(jù)庫需要有足夠的容量和良好的運行穩(wěn)定性，易于進行數(shù)據(jù)的遷移和存儲，也能為用戶的信息查詢和讀取提供便捷的渠道。

（5）預(yù)警設(shè)備：結(jié)合傳感器采集到的危房監(jiān)測數(shù)據(jù)，可對危房的狀態(tài)進行分析判斷。對于超過閾值的指標，監(jiān)測系統(tǒng)可提供多種預(yù)警方式。例如，向用戶手機發(fā)送短信或通過聲光報警等對危房的危險狀態(tài)作出警示。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能與應(yīng)用方式

在功能完善的硬件架構(gòu)支持下，實現(xiàn)主要監(jiān)測功能的軟件系統(tǒng)開發(fā)和數(shù)據(jù)的顯示傳輸?shù)裙δ芏夹枰浖到y(tǒng)具備高效的運轉(zhuǎn)機制，并能完成數(shù)據(jù)的快速處理和狀態(tài)響應(yīng)。危房監(jiān)測軟件常采用B/S構(gòu)架，可通過集成網(wǎng)頁中不同監(jiān)測對象所對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)動硬件狀態(tài)和系統(tǒng)工作狀態(tài)，為用戶給出可供參考的樓房具體情況，并結(jié)合地理坐標實現(xiàn)對分散地區(qū)多棟危房的同步監(jiān)測。

得益于GIS地理信息平臺的應(yīng)用，危房健康監(jiān)測軟件可顯示所有處于監(jiān)控范圍內(nèi)房屋的地理坐標和周邊情況。常見的B/S架構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)都采用Java語言開發(fā)，并配有MySQL語言編寫的數(shù)據(jù)庫。這種主流的數(shù)據(jù)格式可以良好兼容各操作系統(tǒng)的智能手機和移動設(shè)備，用戶只需在移動端通過瀏覽器或?qū)Ｓ玫氖謾CAPP即可隨時隨地訪問監(jiān)測系統(tǒng)，遠程查看和瀏覽被監(jiān)測房屋的具體情況。在系統(tǒng)登錄后，用戶將被賦予相應(yīng)的操作權(quán)限，系統(tǒng)會根據(jù)用戶類別進行劃分，從而讀取監(jiān)測對象的不同監(jiān)測指標及具體閾值范圍。還可以借助更加直觀的表格、曲線圖、柱形圖等形式，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化展現(xiàn)?？刂破鲗⒔Y(jié)合外部服務(wù)器構(gòu)筑統(tǒng)一的云端服務(wù)平臺，在本地數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)幕A(chǔ)上，建立良好的監(jiān)測結(jié)果反饋機制。按照預(yù)先設(shè)定好的監(jiān)測指標所對應(yīng)的閾值范圍作出準確判斷。

3.3 監(jiān)測報警方式

根據(jù)每棟危房的具體情況，危房監(jiān)測系統(tǒng)都會給出一套相對獨立的判別指標。通過差異化的預(yù)警機制和監(jiān)測范圍，系統(tǒng)能夠滿足用戶的各類實際需要。報警策略的制定需要結(jié)合房屋的建造、使用年代及基本建筑類型做具體考慮。對涉及到的監(jiān)測指標預(yù)警等級和關(guān)鍵指數(shù)的設(shè)定要明確其上限和下限。為了避免監(jiān)測誤差造成誤報率過高等情況，可預(yù)先設(shè)定容錯范圍，只有當(dāng)監(jiān)測指標多次或長期超出允許范圍時才自動觸發(fā)警報。報警系統(tǒng)的工作方式可根據(jù)房屋的分布密集程度采取集中或分散式的響應(yīng)方案，各模塊和系統(tǒng)間的信息傳輸和通訊可按照通訊協(xié)議建立連接。

4? 結(jié)語

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云平臺技術(shù)的支持下，利用傳感器對危房進行全面的安全監(jiān)測和預(yù)警，有效規(guī)避房屋倒塌造成的風(fēng)險是現(xiàn)階段城市房屋安全管理的主流發(fā)展趨勢。借助便捷高效的云端平臺給遠程房屋的安全監(jiān)控創(chuàng)造了更多可能。根據(jù)傳感器采集到的實地數(shù)據(jù)進行客觀的安全評價和高效管理已成為未來一段時期內(nèi)危房管理的新方式。在時代發(fā)展的進程中，各類先進前沿的技術(shù)與傳統(tǒng)危房管理過程的結(jié)合可在滿足用戶實際需要的基礎(chǔ)上，使危房管理的過程更加智能化和高效化。

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