橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測工作中的傳感測量技術(shù)

李強

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，傳感測量技術(shù)也隨之出現(xiàn)，該技術(shù)作為一種新型的監(jiān)測技術(shù)，使施工現(xiàn)場各項數(shù)據(jù)的監(jiān)測效果變得更加準(zhǔn)確，因此，被廣泛應(yīng)用于橋梁工程的施工現(xiàn)場管理中。本文對傳感測量技術(shù)的功能和架構(gòu)做出了全面的分析，深入研究了橋梁工程施工現(xiàn)場使用傳感監(jiān)測技術(shù)的重要意義，使以傳感測量技術(shù)為基礎(chǔ)的橋梁工程施工現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)計工作取得了最佳效果，通過對實際案例的分析，最終得出的結(jié)論為監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁工程施工現(xiàn)場監(jiān)測起到了重要的作用。

2 傳感測量技術(shù)核心架構(gòu)與功能

2.1 核心架構(gòu)

伴隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，傳感測量技術(shù)也迎來了發(fā)展的最佳時機，借助在施工現(xiàn)場布置的大量傳感器來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的及時采集和上傳，實現(xiàn)主機對上傳數(shù)據(jù)實施的采集、儲存、分析和處理工作。傳感器的類型主要包括液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器等，實際應(yīng)用中應(yīng)依據(jù)工程建設(shè)的實際情況科學(xué)地選擇最佳的傳感器類型。傳感器還被認(rèn)為是測量的節(jié)點，主要原因為傳感器的核心作用就是采集數(shù)據(jù)，借助特殊的網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將傳感器與后臺控制主機高效地聯(lián)合在一起。IEEE 802.3局域網(wǎng)協(xié)議（Ethernet LAN protocols as defined in IEEE 802.3 suite）是最為常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類型，同時還包括TCP/IP等信息傳輸協(xié)議在其中。實際工程應(yīng)用的過程中，在選擇網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議時，要依據(jù)整個工程的接口方式和網(wǎng)絡(luò)配置來合理地選擇網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議。傳感測量技術(shù)核心架構(gòu)的具體情況如圖1所示。

圖1 傳感測量技術(shù)的核心架構(gòu)圖

2.2 主要功能

傳感測量技術(shù)的核心功能為數(shù)據(jù)實時采集，將各種類型的傳感器布設(shè)好，使數(shù)據(jù)信息被及時、準(zhǔn)確地獲取。借助通信協(xié)議（即通信規(guī)約）將所有的傳感器與無線網(wǎng)路連接在一起，使采集到的所有數(shù)據(jù)被及時地上傳到控制主機數(shù)據(jù)庫中，完成信息的采集和匯總。數(shù)據(jù)庫依據(jù)所采集到的所有現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)資料，將其劃分為非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫和結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫。非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫將施工過程中的所有音頻和視頻數(shù)據(jù)采集完整；而結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫的主要作用則是對施工文本信息進(jìn)行儲存。

無線傳感技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析時，主要是借助手持終端設(shè)備來完成各項數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析，該技術(shù)可以將所有數(shù)據(jù)全部上傳到控制主機以后，統(tǒng)一實施分析和處理工作。無線傳感技術(shù)的信息通信架構(gòu)的主要的技術(shù)類型包括ZigBee、UWB、藍(lán)牙以及WiFi等[1]。ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主要特點表現(xiàn)為低能耗、近距離等，其可靠性和安全性級別比較高，主要應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)測領(lǐng)域和工業(yè)控制領(lǐng)域中。UWB作為一種超寬帶網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其特點表現(xiàn)為加密性優(yōu)良、抗干擾能力比較強等。藍(lán)牙無線網(wǎng)路通信技術(shù)具有較強的近距離特征，將各種類型移動設(shè)備間的通信過程進(jìn)行不斷地簡化，具有較強的實用性。WiFi借助無線路由模式使用戶在信號覆蓋區(qū)域中快速地接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，其優(yōu)勢體現(xiàn)為傳輸速度比較快、覆蓋范圍非常廣等。信息通信架構(gòu)優(yōu)勢對比分析的具體情況詳見表1。

表1 信息通信架構(gòu)優(yōu)勢對比分析表

3 橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的重要性

對于橋梁工程來說，施工現(xiàn)場的程序非常復(fù)雜，管理人員要做好施工設(shè)備和施工人員的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)工作，使橋梁工程施工現(xiàn)場被管理得井井有條，顯著提升其整個工程的安全性和可靠性[2]。如今，橋梁工程施工需要解決的首要問題是，采取怎樣的措施來實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的準(zhǔn)確、高效的監(jiān)測。以往在橋梁工程施工時，施工現(xiàn)場的監(jiān)督管理工作全部是由施工監(jiān)理人員來全權(quán)負(fù)責(zé)，人為的施工現(xiàn)場監(jiān)測工作很難保證所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)都具有較強的真實性，導(dǎo)致施工現(xiàn)場各種監(jiān)測數(shù)據(jù)存在著一定的誤差。因此，針對橋梁工程施工現(xiàn)場的實際情況，應(yīng)積極創(chuàng)建準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高效的施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，使整個現(xiàn)場的施工質(zhì)量和施工效率得到保證。

橋梁工程施工現(xiàn)場投入使用監(jiān)測系統(tǒng)以后，不再需要安排專人全天24 h值守，能夠詳細(xì)地掌握橋梁工程施工現(xiàn)場的每一角落中發(fā)生的具體問題。監(jiān)測系統(tǒng)投入使用以后，對操作人員的專業(yè)技術(shù)要求不高，其運行效果比較理想，高效地避免了人為因素造成的檢測數(shù)據(jù)混亂的情況。從橋梁工程成本預(yù)算的角度分析，在橋梁工程施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)投入使用以后，施工企業(yè)的人員成本經(jīng)費支出得以降低，使整個工程的總預(yù)算得到了較好的控制。橋梁工程施工現(xiàn)場的有些區(qū)域具有較強的危險性和特殊性，工程監(jiān)理人員對有些區(qū)域無法做到精準(zhǔn)控制，導(dǎo)致施工盲區(qū)出現(xiàn)。對于施工現(xiàn)場的監(jiān)測系統(tǒng)來說，其包含著大量的傳感設(shè)備，這些設(shè)備即使處于危險的環(huán)境中，依然能夠保持良好的工作狀態(tài)，其對施工現(xiàn)場外部環(huán)境的依賴性比較低，使自主閉環(huán)運行真正的實現(xiàn)，其采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性都比較高，給整個工程的數(shù)據(jù)分析做好了充足的準(zhǔn)備工作，為后續(xù)的橋梁工程現(xiàn)場施工管理和下一步的施工方案制訂打下良好基礎(chǔ)。這就不難發(fā)現(xiàn)，在橋梁工程施工現(xiàn)場安裝監(jiān)測系統(tǒng)具有較強的現(xiàn)實意義，使橋梁工程建設(shè)朝著更加科學(xué)、先進(jìn)的方向發(fā)展。

4 橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)傳感測量技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用

4.1 分析系統(tǒng)功能需求

在分析橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)功能需求的過程中，具體情況見表2。

表2 橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)功能需求分析表

1）可靠性強?？煽啃灾饕侵副O(jiān)測系統(tǒng)的平穩(wěn)、連續(xù)運行，不會因施工環(huán)境發(fā)生變化而引起宕機的問題，確保監(jiān)測系統(tǒng)能夠在規(guī)定的時間之內(nèi)實現(xiàn)對施工現(xiàn)場的平穩(wěn)、連續(xù)監(jiān)測，其可靠性非常強。

2）功耗低。功耗低主要是指監(jiān)測系統(tǒng)的功耗能滿足行業(yè)的各項標(biāo)準(zhǔn)，其綜合能效比較強，使施工企業(yè)的能源消耗降到最低。

3）維護簡單。監(jiān)測系統(tǒng)維護非常簡單，在系統(tǒng)出現(xiàn)問題以后，更換或者是維修零部件就能夠確保其持續(xù)運行，將維護成本和維護時間控制到低標(biāo)準(zhǔn)。

4）投入成本少。監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件更新?lián)Q代速度非?？?，所以，企業(yè)不需要投入大量的人力、物力和財力來完成該類系統(tǒng)的研發(fā)工作。從企業(yè)的實際情況出發(fā)，創(chuàng)建完善的施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)。

4.2 監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

本文的研究案例為某大橋斜拉橋施工現(xiàn)場使用的監(jiān)測系統(tǒng)，將多個角度傳感器和位移傳感器布設(shè)到位，使橋梁工程在施工時，橋體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的角度變化和位移變化得到有效的監(jiān)測。

4.3 分析監(jiān)測結(jié)果

在某大橋斜拉橋施工現(xiàn)場監(jiān)測時，使用的主要監(jiān)測系統(tǒng)為以傳感測量技術(shù)為基礎(chǔ)的施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，在開展監(jiān)測任務(wù)時，主要包括兩個方面的內(nèi)容，分別是施工前后的斜拉橋空心板角度和位移變化監(jiān)測情況，其具體情況詳見圖2和圖3。

圖2 某大橋斜拉橋施工前空心板位移和角度信息示意圖

圖3 某大橋斜拉橋施工后空心板位移和角度信息示意圖

在仔細(xì)分析圖2和圖3以后發(fā)現(xiàn)，斜拉橋在施工時，橋體縱軸線保持著恒定不變的狀態(tài)，從施工過程的角度分析，空心板Z1、Z3一直保持著對稱的狀態(tài)，在施工完成以后，空心板Z1的位置發(fā)生了微妙的變化。使用該監(jiān)測技術(shù)以后，斜拉橋BM1～BM4的錨固位置被確定，這就不難發(fā)現(xiàn)，在整個試驗過程中，位移和角度傳感器發(fā)揮了積極的促進(jìn)作用。最終的試驗結(jié)論顯示，以傳感測量技術(shù)為基礎(chǔ)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)使橋梁工程施工現(xiàn)場的所有監(jiān)測需求得到了最大程度的滿足，值得今后在同類型工程中大范圍推廣。

5 結(jié)語

如今，在很多工程建設(shè)領(lǐng)域中，對無線傳感技術(shù)進(jìn)行了普遍的應(yīng)用，其數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確性非常高[3]，該技術(shù)在施工環(huán)境比較惡劣的區(qū)域依然能獲得最佳效果。本文詳細(xì)分析了無線傳感技術(shù)在橋梁工程施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，科學(xué)布置角度傳感器和位移傳感器，高效地監(jiān)測了某橋梁工程斜拉橋空心板在施工前后的狀態(tài)變化情況，對傳感測量在橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)揮的作用進(jìn)行了深刻的剖析，為今后同類型工程施工夯實了基礎(chǔ)。