全自動化無線多點式溫測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測大體積混凝土內(nèi)部溫度施工技術(shù)

李青 黃展業(yè) 黃永忠 蘆嘉怡

摘 ? ?要：隨著我國科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)不斷推進(jìn)，我國城市建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，但是我國土地資源較為稀少，在建筑過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)模施工建筑物趨勢越來越明顯，大體積混凝土施工會因為內(nèi)部溫度的變化，熱脹冷縮使得建筑物產(chǎn)生裂縫。因此，本文主要針對全自動化無線多點式溫測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測大體積混凝土內(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：無線多點式溫測系統(tǒng);遠(yuǎn)程監(jiān)測;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建筑工程中的應(yīng)用非常廣泛，所謂大體積混凝土，在實際施工中主要包含兩個概念：①大體量混凝土在實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。基礎(chǔ)澆筑階段，混凝土內(nèi)部在逐漸凝固過程，會釋放出大量的混凝土水化熱，這些能量的釋放會在建筑物內(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)重會形成貫穿和滲漏，建筑物內(nèi)的鋼筋會因為裂縫接觸空氣，逐漸反應(yīng)出現(xiàn)銹蝕。這些不利因素直接對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，可能會因此埋下重大隱患。因此，本文以北京南寧大廈項目為例，總結(jié)全自動化無線多點式溫測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測大體積混凝土內(nèi)部溫度施工經(jīng)驗，供同類工程參考。

2 ?工程概況

北京南寧大廈項目，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。為了保證本項目筏板及底板大體積混凝土的施工質(zhì)量，計劃底板、筏板、樓板、剪力墻砼計劃采用“跳倉法”施工，設(shè)置水平施工縫，對底板進(jìn)行分層次分塊澆筑。對部分區(qū)域G倉分區(qū)建筑基礎(chǔ)及主體筏板混凝土澆筑完成后對筏板進(jìn)行溫度監(jiān)測，利用無線多點式全自動化遠(yuǎn)程測溫技術(shù)，及時掌握混凝土塊體內(nèi)部溫度的實時數(shù)據(jù)以及變化規(guī)律。

3 ?技術(shù)原理

提前預(yù)埋多個自動化監(jiān)測元器件，通過多通道振弦采集器對多個溫度傳感器數(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)器的溫測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過系統(tǒng)可實時查看采集數(shù)據(jù)，并形成直觀的溫差曲線圖和出具報表數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全自動化遠(yuǎn)程監(jiān)測溫度。此外，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)大體積混凝土各監(jiān)測點或與大氣溫度之差超過一定數(shù)值的時候，可實現(xiàn)自動報警，并通過手機(jī)短信的方式及時通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，指導(dǎo)項目部結(jié)合實際情況和科學(xué)依據(jù)，制定出對應(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)測元器件的選擇→編制監(jiān)測方案→測溫點位布設(shè)→溫度傳感器埋設(shè)及線纜安裝→監(jiān)測方法及頻率→系統(tǒng)登錄、操作培訓(xùn)→監(jiān)測數(shù)據(jù)及展示→信息收集反饋及應(yīng)急措施。

4.2 ?監(jiān)測元器件的選擇

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混凝土施工進(jìn)行溫度控制、對水工建筑物進(jìn)行溫度測量。從結(jié)構(gòu)上分析，堅硬的不銹鋼外殼內(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)的溫度傳感信號采集儀，可對16通道振弦頻率，16通道熱敏電阻，16通道通用標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號進(jìn)行實時在線采集，自動定時采集存儲。一路可調(diào)電源輸出為模擬傳感器定時供電，可將16路振弦頻率信號實時轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流信號。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溫度傳感器的數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度傳感器多于16個的時候，可考慮采用。

JH-RS485 GPRS無線數(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現(xiàn)轉(zhuǎn)換，實現(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接，最終通過無線通信GPRS/3G/4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線終端設(shè)備（業(yè)內(nèi)簡稱DTU）。

使用出廠標(biāo)定并在有效期內(nèi)的監(jiān)測元器件，按照先檢驗后安裝監(jiān)測元器件的原則，在進(jìn)行檢驗并取得合格證后進(jìn)行安裝，并進(jìn)行監(jiān)測元器件的調(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)測元器件。

4.3 ?編制監(jiān)測方案

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

4.4 ?測溫點位布設(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)實際的澆筑和體積大小進(jìn)行測溫點的埋設(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：①溫度變化大、②容易散熱、③外界環(huán)境的影響會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)力相對最大，在測點布置上需要結(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)測點的布置必須圍繞以下三點展開：①混凝土塊體里外溫差能夠真實呈現(xiàn)出來、②降溫速度可呈現(xiàn)出來且具有很高的真實性、③環(huán)境溫度。可參考以下幾點：

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

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

（3）選擇測溫區(qū)完成測溫點的布置，宜選擇中心位置，將其均勻的布置，一般來說采用梅花形布置更好。

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

（5）表面溫度測量，以混凝土澆筑塊體底表面作為參照點，在其上方（100±50）mm處完成測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)識以及電源、線纜的保護(hù)，防止在施工過程中遭到破壞。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)測方法及頻率

每天監(jiān)測前對使用儀器進(jìn)行自檢，確認(rèn)儀器運(yùn)轉(zhuǎn)情況，定期對儀器進(jìn)行保養(yǎng)。溫度監(jiān)測時間的第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)部溫升相對更快，在第1～7天，按照2個小時一次的頻率完成溫度反饋;在第7～14天，后則每4個小時進(jìn)行一次溫度反饋。

選擇多個監(jiān)測點的溫測數(shù)據(jù)，以此來對比大體積混凝土內(nèi)部各監(jiān)測點，也可以選擇大氣溫度的溫度之差進(jìn)行對比。舉例來說：選擇參考點以內(nèi)100mm處視作測溫點A（面），參考點的內(nèi)部垂直中部視作測溫點A（中），底表面以上100mm處視作測溫點A（底），各測溫點之間的對比關(guān)系見表1。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，混凝土內(nèi)部的各測溫點溫度在25℃以內(nèi)，外表和底表測溫點的溫度在20℃以內(nèi)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫差超過一定數(shù)值時，立即告知負(fù)責(zé)人，并采取對應(yīng)的應(yīng)急措施，內(nèi)外溫差做好及時有效的控制能夠很大程度上避免開裂。監(jiān)測過程中若儀器出現(xiàn)異常，需要立即停止測試，并對儀器進(jìn)行維修或調(diào)換，與此同時，對設(shè)備故障所監(jiān)測的數(shù)據(jù)全部進(jìn)行重新監(jiān)測。

4.7 ?系統(tǒng)登錄、操作培訓(xùn)

通過舉辦系統(tǒng)培訓(xùn)會，保證工程項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，讓應(yīng)用人員更熟練地操作系統(tǒng)各個功能模塊。

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

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

進(jìn)入系統(tǒng)后，新建項目先登記各項目各參建單位聯(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。該項目登記表不僅可以實現(xiàn)存儲功能，而且可以實現(xiàn)異常情況第一時間以手機(jī)短信方式通知各參建單位的聯(lián)系人電話，實現(xiàn)及時掌握，及時商討應(yīng)對措施，避免工程事故的發(fā)生。

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

4.8 ?監(jiān)測數(shù)據(jù)及展示

通過系統(tǒng)查看溫差曲線圖以及監(jiān)測總報表數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上可以查看各監(jiān)測點數(shù)據(jù)曲線圖，掌握每個監(jiān)測點的變化情況，為數(shù)據(jù)的分析提供一個可靠地依據(jù)，并且可以根據(jù)目前情況預(yù)測以后的變化情況，實現(xiàn)數(shù)據(jù)平臺化，可視化，見圖4。選取5.2m大體積混凝土澆筑塊體，砼強(qiáng)度等級為C35的測溫過程為例，系統(tǒng)上可以查看項目總數(shù)據(jù)、篩選測溫點對比數(shù)據(jù)、告警日志，導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)、報表，導(dǎo)出報告或者從指定數(shù)據(jù)導(dǎo)出報告。

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)測系統(tǒng)所遵循的采集制度是實時采集，這樣得到的數(shù)據(jù)量最大化，信息量也最多，可是隨之而來的問題是數(shù)據(jù)量太多了，以至于沒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)致其湮沒于眾多巨大的信息中，造成了主次不分明的問題，很容易使重要的信息被遺漏，給溫度的監(jiān)測以及預(yù)警帶來極大的麻煩。因此測溫數(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)用的無線多點式溫測系統(tǒng)完成監(jiān)測后，系統(tǒng)將監(jiān)測過程數(shù)據(jù)以及結(jié)果進(jìn)行全自動化整理，然后匯總、處理，儲存到數(shù)據(jù)庫中，最后打印出具監(jiān)測報告，作為施工資料進(jìn)行存檔，同時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目大體積混凝土澆筑完第二天，系統(tǒng)自動報警，基礎(chǔ)混凝土內(nèi)外溫差超過了25℃，項目部及時采取加蓋草杉、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)場監(jiān)測元器件的安裝質(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)測點全部選擇紅色的醒目標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)識，現(xiàn)場進(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監(jiān)測點進(jìn)行影響，出現(xiàn)異常變化的監(jiān)測點需要進(jìn)行復(fù)核。在混凝土澆筑施工過程中，安排專人對埋設(shè)的監(jiān)測點及監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行定期巡查[3]。

所有元器件數(shù)據(jù)以無線完成傳輸，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。這種無線傳輸對設(shè)備數(shù)據(jù)完成采集和控制的過程，更加簡單方便，表現(xiàn)出異常后現(xiàn)場管理人員也能夠及時檢查并處理。

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，具體的七個系統(tǒng)能夠在各層面上實現(xiàn)協(xié)調(diào)，實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能，能夠很大程度上實現(xiàn)可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。其中最具有影響力的監(jiān)測系統(tǒng)作為一種提供獲取實時變化信息的工具，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)的測溫施工工序繁瑣，存在數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)的問題，而無線多點式溫測系統(tǒng)可以實現(xiàn)全天候無人實時監(jiān)測，全自動化遠(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)主管部門或者項目部通過采集到的數(shù)據(jù)情況，及時采取必要的工程應(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。

針對全自動化無線多點式溫測系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測大體積混凝土內(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，需要通過有效的施工方法，以測溫設(shè)備完成監(jiān)控，確保建筑物內(nèi)部溫度在可控范圍內(nèi)，降低施工過程中存在的風(fēng)險事故，使建筑質(zhì)量得到有效提高。無線傳輸數(shù)據(jù)，多點式監(jiān)測溫度，全自動化遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)，溫差數(shù)據(jù)自動形成曲線圖直觀反映，有利于及時采取混凝土應(yīng)急養(yǎng)護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于兵，程飛，徐東方.特大橋超厚大體積承臺混凝土溫控技術(shù)的探討[J].水電站設(shè)計，2019（2）：42～44.

[2] 王永華.混凝土裂縫控制理論下的水利工程施工技術(shù)[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2018（5）：132～134.

[3] 呂世鯤.大體積承臺混凝土水化熱仿真模擬計算及溫控方案優(yōu)化[J].價值工程，2018（14）：184～188.

[4] 吳海鷹.連續(xù)剛構(gòu)橋健康監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和處理[J].西部交通科技，2009（7）：72～77.