基于建筑工程安全預(yù)警的云計(jì)算與大數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究

(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

引言

目前我國(guó)正處于大力發(fā)展城市化建設(shè)的高峰時(shí)期，高層建筑正在不斷涌現(xiàn)，隨著我國(guó)科技發(fā)展水平的不斷提高，人民群眾對(duì)建筑工程安全問(wèn)題的掌控也不斷加強(qiáng)。與此同時(shí)，建筑工程質(zhì)量事故發(fā)生概率也在逐年上漲，舊建筑、橋梁不斷增加，其質(zhì)量問(wèn)題及預(yù)警現(xiàn)狀令人堪憂(yōu)。2009年6月，上海“蓮花河畔景苑”7號(hào)樓整體倒塌[1]。2012年12月16日中午，寧坡江東區(qū)居民樓倒塌，倒塌的房子是一座1989年建造的6層建筑，是預(yù)制板建筑[2]。2015年6月，遵義市紅崗區(qū)一座居民樓發(fā)生局部垮塌。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2017年1-11月房屋市政工程生產(chǎn)安全事故612起，死亡人數(shù)709人，同比上升33.27%?！?0后”、“90后”房屋進(jìn)入老齡化，大面積危舊房屋的出現(xiàn)，給管理帶來(lái)了新的難題。

一、傳統(tǒng)建筑工程安全監(jiān)測(cè)的方法及缺點(diǎn)

(一)傳統(tǒng)建筑工程安全監(jiān)測(cè)的方法

房屋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的指標(biāo)包括：位移監(jiān)測(cè)、裂縫監(jiān)測(cè)、傾斜沉降監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)[3]。位移是指房屋因受力產(chǎn)生的水平方向的移動(dòng)，可用激光測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀、拉線等方法檢測(cè)。裂縫是指混凝土與砌體結(jié)構(gòu)建筑墻體的開(kāi)裂結(jié)構(gòu)變形，裂縫寬度可用裂縫卡、刻度放大鏡、讀數(shù)顯微鏡等檢測(cè)，裂縫深度可用鑿開(kāi)法、超聲波法等方法檢測(cè)。傾斜沉降是由于人為或地基問(wèn)題，結(jié)構(gòu)年久失修、承載力下降、外部荷載變化引起的，一般采用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、電子全站儀和鋼尺進(jìn)行檢測(cè)。

(二)傳統(tǒng)房屋安全監(jiān)測(cè)的缺點(diǎn)

(1)傳統(tǒng)的房安全監(jiān)測(cè)需要大量的技術(shù)人員和設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而且從采集數(shù)據(jù)到處理數(shù)據(jù)至反饋數(shù)據(jù)結(jié)果耗時(shí)長(zhǎng)，成本高且數(shù)據(jù)分析難度大；提供最終測(cè)量結(jié)果周期長(zhǎng)，對(duì)結(jié)構(gòu)安全與否無(wú)法及時(shí)作出判斷。

(2)前后采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性及可對(duì)比性差，惡劣環(huán)境下對(duì)監(jiān)測(cè)人員的安全難以保證。

(3)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員鑒測(cè)工作規(guī)范性監(jiān)管難限大，且數(shù)據(jù)透明度不高。

(4)傳統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)工作全由監(jiān)測(cè)單位包攬，沒(méi)有調(diào)動(dòng)住戶(hù)的參與度，沒(méi)讓最關(guān)心房屋安全的群體參與到監(jiān)測(cè)工作中來(lái)。

(5)傳統(tǒng)治理手段一般分為：騰空、加固、拆除，都存在精力消耗大、時(shí)間成本長(zhǎng)、資金成本高等問(wèn)題。

二、建筑工程安全監(jiān)測(cè)云平臺(tái)

(一)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的背景及概述。近年來(lái)隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字化信息為核心的信息系統(tǒng)對(duì)建筑工程建設(shè)領(lǐng)域原有的技術(shù)模式、監(jiān)測(cè)及預(yù)警產(chǎn)生了深淵的影響，人們逐漸從建立表格、填充數(shù)據(jù)和人工計(jì)算中解脫出來(lái)，云端計(jì)算以及大數(shù)據(jù)管理技術(shù)為解決現(xiàn)存監(jiān)測(cè)預(yù)警手段的不足提供了重要途徑。在我國(guó)，為了做到實(shí)時(shí)甚至預(yù)先掌握工程性能的狀態(tài)變化，需要完善監(jiān)測(cè)采集措。為此需要研發(fā)一套數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存于一體的監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，從而實(shí)時(shí)在線地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶(hù)，輔助其及時(shí)做出相應(yīng)決策。

(二)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)備組成及操作流程。房屋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是將結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系、云計(jì)算、通訊網(wǎng)等多網(wǎng)無(wú)縫連接技術(shù)、海量節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)并行職能處理等技術(shù)結(jié)合，建立完整的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。首先在房屋的危險(xiǎn)點(diǎn)布置傳感器，通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的位移、傾斜沉降、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫等信息，然后通過(guò)節(jié)點(diǎn)的形式用無(wú)線 DTU 組網(wǎng)方式(即通過(guò)采集儀、遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸模塊)將數(shù)據(jù)傳輸至云平臺(tái)，數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后，項(xiàng)目人員可通過(guò)電腦、手機(jī)等終端登陸平臺(tái)查看房屋的安全狀況，數(shù)據(jù)一旦超出設(shè)置的預(yù)警值立即啟動(dòng)應(yīng)急方案，同時(shí)，最關(guān)心房屋安全的業(yè)主們也可以通過(guò)客戶(hù)端隨時(shí)查看房屋的安全信息，達(dá)到數(shù)據(jù)共享的目的。

(三)建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能包括：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)(實(shí)時(shí)掌握房屋安全運(yùn)行的狀態(tài))、項(xiàng)目管理(方便管理人員與用戶(hù)管理)、多方巡查(住戶(hù)可參與巡查工作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可通過(guò)掃二維碼把圖片、文字、數(shù)據(jù)傳至終端)、結(jié)果推送(定期把監(jiān)測(cè)結(jié)果推送到用戶(hù))、信息共享等，具有規(guī)范、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、預(yù)警、經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)有：

(1)改進(jìn)傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，對(duì)設(shè)備傳輸功能進(jìn)行分析，通過(guò)人工采集數(shù)據(jù)與測(cè)量?jī)x器相結(jié)合的手段，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效的監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。

(2)對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行分析，采取到的數(shù)據(jù)通過(guò)云端計(jì)算，形成規(guī)范、準(zhǔn)確的報(bào)表，以促進(jìn)預(yù)警結(jié)果的真實(shí)性。

(3)開(kāi)發(fā)建筑工程安全預(yù)警大數(shù)據(jù)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享，為工程安全技術(shù)管理提供有效的支持和服務(wù)，以增加工程監(jiān)測(cè)的質(zhì)量及效率。

(4)建立人機(jī)互交平臺(tái)，項(xiàng)目建設(shè)方以及施工方都可在遠(yuǎn)端通過(guò)客戶(hù)訪問(wèn)端及時(shí)了解項(xiàng)目的各項(xiàng)指標(biāo)信息，作出有效決斷。

(四)建筑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵要點(diǎn)。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題及技術(shù)路線針對(duì)建筑工程預(yù)警系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性要求，同時(shí)結(jié)合監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)生產(chǎn)流程，半自動(dòng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要在于：系統(tǒng)的接口、測(cè)量數(shù)據(jù)的解算、預(yù)警及數(shù)據(jù)后處理等問(wèn)題。

(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與半自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，接口數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式及接口方式等是否規(guī)范，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的完整性和系統(tǒng)的整體性能。

(2)服務(wù)器端通信模塊收到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備端上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后按預(yù)設(shè)公式進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算完成后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)處理。一份數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，另一份傳遞給數(shù)據(jù)通信模塊。其中，如何把控好采集數(shù)據(jù)的云計(jì)算分析過(guò)程是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心點(diǎn)。

(3)數(shù)據(jù)處理結(jié)束后，項(xiàng)目參建單位可通過(guò)客戶(hù)端訪問(wèn)服務(wù)器云端數(shù)據(jù)中心，查詢(xún)工程文檔、進(jìn)度數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)成果等及各項(xiàng)項(xiàng)目信息。探索一款更為直觀、簡(jiǎn)明的客戶(hù)端也是本項(xiàng)目研究重點(diǎn)之一。

三、結(jié)論

本項(xiàng)目主要針對(duì)的是對(duì)采取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行云端計(jì)算與數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，采取半人工半自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)能有效節(jié)省經(jīng)濟(jì)資源。隨著云計(jì)算與大數(shù)據(jù)管理的廣泛應(yīng)用，施工現(xiàn)場(chǎng)的專(zhuān)業(yè)人員也能充分發(fā)揮自身價(jià)值且能有效規(guī)避一些不符合操作的操作方式，這樣能更加完善施工現(xiàn)場(chǎng)的安全施工原則。同時(shí)業(yè)主以及監(jiān)管部門(mén)也能及時(shí)有效的了解施工現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)，使建筑工程施工達(dá)到更加安全的狀態(tài)。