楊勇

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司廣州510500）

0 引言

高支模體系在建筑工程中運(yùn)用廣泛，由于其施工難度較大，影響因素較多，安全隱患難以得到有效控制，極易造成重大人員傷亡事故。按照《廣州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會關(guān)于推進(jìn)全市超過一定規(guī)模危險(xiǎn)性較大的混凝土模板支撐工程和承重支撐體系自動(dòng)化安全監(jiān)測工作的通知》（穗建質(zhì)［2017］1006 號）［1］要求，對全市危險(xiǎn)性較大的混凝土模板支撐工程和承重支撐體系推進(jìn)自動(dòng)化安全監(jiān)測工作。

高支模監(jiān)測作為建筑施工過程模板支撐體系安全和質(zhì)量控制的重要手段，貫穿模板工程的始終，但是傳統(tǒng)的監(jiān)測手段多存在片面性、片段性，很難依此對模板工程的健康狀況進(jìn)行及時(shí)、高效、可靠的分析。國內(nèi)學(xué)者對高支模安全管控方面也進(jìn)行了多方面的研究，馬洪偉等人［2］對其施工工藝流程中的支撐搭設(shè)、拆除、成品保護(hù)和系統(tǒng)安全監(jiān)測控制進(jìn)行研究。劉蘭君［3］總結(jié)了高支模部分在混凝土澆筑、高支模變形監(jiān)測過程中的經(jīng)驗(yàn)。邱凌云等人［4］提出建立以多傳感器協(xié)同監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和智能全站儀監(jiān)測等現(xiàn)代技術(shù)為依托的大型高支模智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。許丹萍［5］論述了高支模自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測在混凝土澆筑過程中的應(yīng)用。王登平［6］將智能無線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于城市橋梁高支模預(yù)壓安全監(jiān)測過程中，實(shí)現(xiàn)對高支模預(yù)壓施工全過程全方位的安全監(jiān)測與控制。馬宏武等人［7］介紹了基于傳感器的智能化監(jiān)控系統(tǒng)在高支模監(jiān)測工作中的高效優(yōu)勢。

綜上所述，建立以多傳感器監(jiān)測為基礎(chǔ)、協(xié)同遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等現(xiàn)代技術(shù)的高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)，對高支模進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測，實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)預(yù)警，一定程度上解決了高支模監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取頻次、效率等方面的問題，但是在實(shí)際工程應(yīng)用中由于高大支模結(jié)構(gòu)和環(huán)境的復(fù)雜性，工程施工過程中存在諸多影響因子，如混凝土泵送方式和機(jī)械設(shè)備振蕩、活載、構(gòu)件連接等不確定因素影響，導(dǎo)致自動(dòng)化監(jiān)測過程中出現(xiàn)誤判誤報(bào)，嚴(yán)重影響高支?；炷翝仓┕み^程的順利進(jìn)行，有損建設(shè)行業(yè)對高支模監(jiān)測工作的置信度，不利于高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測工作的推廣應(yīng)用，本文將探討高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測工作中的幾個(gè)關(guān)鍵痛點(diǎn)，希望有助于高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)。

1 高支模監(jiān)測異常數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理

高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)難點(diǎn)不在于信息的自動(dòng)獲取，而在于對獲取信息進(jìn)行及時(shí)、高效、可靠的分析，從數(shù)據(jù)的持續(xù)性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性及數(shù)據(jù)的有效管理分析上尋找提升和突破。系統(tǒng)的建立并不是解決高支模安全問題的萬能鑰匙，在具體的工程應(yīng)用環(huán)境中仍有部分問題亟待學(xué)者的解決。杜錫明等人［8］結(jié)合工程實(shí)例對高支模自動(dòng)化變形監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與評價(jià)，但缺乏對高支模監(jiān)測過程中出現(xiàn)幾種“測不準(zhǔn)”現(xiàn)象的分析：①混凝土澆筑過程中，泵送混凝土?xí)r地泵泵送管影響區(qū)域桿件傾角參數(shù)監(jiān)測結(jié)果的突變較大；②預(yù)壓過程中由于面板存在的翹起或起拱等因素影響，部分面板的豎向變形與驗(yàn)算結(jié)果不符；③橋梁頂板澆筑過程中，高支模監(jiān)測數(shù)據(jù)基本無變化情況等，直接影響監(jiān)測結(jié)論的正確性和對澆筑過程模板支撐體系安全的判斷。本文的重點(diǎn)在于對系統(tǒng)的應(yīng)用研究，在此對幾種“測不準(zhǔn)”現(xiàn)象就不一一進(jìn)行展開分析，結(jié)合實(shí)際工程簡要分析混凝土泵送過程對高支模監(jiān)測數(shù)值的影響?；炷翝仓^程中，地泵泵送的瞬間對模板支架整體產(chǎn)生推力，模板上方荷載越小，地泵泵送的過程對監(jiān)測參數(shù)桿件傾角結(jié)果影響較大，從測量的角度出發(fā)，這些數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了測點(diǎn)的位移變化情況，但結(jié)合實(shí)際工程工序，我們不能依此斷定模板支架體系的整體安全性。

現(xiàn)有的高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)因其數(shù)據(jù)來源的單一性和量值計(jì)算的邏輯性，在類似的應(yīng)用場景中只能實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的理性計(jì)算分析，并不能據(jù)此結(jié)合實(shí)際工況等相關(guān)信息進(jìn)行綜合分析。文獻(xiàn)［9］通過結(jié)合現(xiàn)場人工巡視的方式，剔除外界影響因素干擾。針對監(jiān)測數(shù)據(jù)信息量大、頻次高、頻幅分布廣等特點(diǎn)，提出基于局部異常點(diǎn)挖掘算法、從時(shí)空刻度的角度識別“異常點(diǎn)”的思路。通過對“異常點(diǎn)”的剔除，排除高支模監(jiān)測過程中支架結(jié)構(gòu)和施工環(huán)境等影響因子的干擾。以廣州市天河區(qū)某工程為例，該項(xiàng)目高支模5層樓板澆筑使用地泵泵送的方式，選取混凝土澆筑過程中立桿傾角一測點(diǎn)某一段時(shí)間內(nèi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用文獻(xiàn)［9］中“異常點(diǎn)”剔除方法判別數(shù)據(jù)，通過處理前后數(shù)據(jù)對比（見圖1）明顯發(fā)現(xiàn)，處理后的數(shù)據(jù)更為真實(shí)地反映了澆筑過程中支架的安全性，有利于模板工程的信息化施工指導(dǎo)。

圖1 澆筑過程測點(diǎn)數(shù)據(jù)處理前后對比分析Fig.1 Comparative Analysis before and after Data Processing of Measuring Points in Pouring Process

2 密閉空間高支模自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集

根據(jù)文獻(xiàn)［1］要求，達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的高支模項(xiàng)目在施工過程中必須進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測。但是，高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)通過采用ZigBee 等無線通訊組網(wǎng)模式，實(shí)現(xiàn)快速安裝和遠(yuǎn)距離安全傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也受限于ZigBee 等無線通訊組網(wǎng)模式的信號強(qiáng)度，構(gòu)（建）筑物遮擋將屏蔽掉部分信號，導(dǎo)致通訊信號衰減。

作為未來城市發(fā)展的主要流通通道，城市綜合管廊和地下軌道工程增長趨勢顯著，劉文昆等人［10］基于智能無線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對狹小密閉空間超厚板高支模施工過程中的安全監(jiān)控。智能無線監(jiān)測系統(tǒng)采用ZigBee 等無線通訊模式，實(shí)現(xiàn)“多對一、一對一”的組網(wǎng)方式，在隧道、管廊等地下密閉環(huán)境高支模自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備通訊受施工場地影響較大，將導(dǎo)致部分監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟包或缺失。對于地下管廊結(jié)構(gòu)、隧道等狹長密閉空間，高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)的通訊設(shè)備或組網(wǎng)方式需要進(jìn)行一定的改進(jìn)，以適應(yīng)高支模復(fù)雜施工環(huán)境。

基于通訊設(shè)備的改進(jìn)方法，主要從擴(kuò)充接收信號范圍考慮，因無線通訊信號的發(fā)射具有一定的方向性和發(fā)散性，理論上通過擴(kuò)展高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)配備的定向接收天線的信號收集范圍，或更靈活地調(diào)整接收天線的角度，一定程度上均可增益接收信號強(qiáng)度。針對發(fā)射端的改進(jìn)雖然也可達(dá)到一定的改進(jìn)目標(biāo)，但相應(yīng)的也增加了儀器的安裝難度和功耗，不利于高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備的長時(shí)間觀測。固針對通訊設(shè)備的改進(jìn)主要體現(xiàn)在信號接收端。

高支模自動(dòng)化安全監(jiān)測系統(tǒng)配備的高增益天線在指向方向上的輻射較為集中，但犧牲了波瓣寬度（通訊角度范圍），一旦指向方向上出現(xiàn)明顯的遮擋，信號受損嚴(yán)重，通過采用高增益板狀室外定向天線可實(shí)現(xiàn)更高的波瓣寬度和更自由的接收調(diào)整角度。通過對比試驗(yàn)和工程應(yīng)用，板狀天線通過線纜與采集儀連接，可更好地設(shè)置信號接收角度和位置，實(shí)現(xiàn)接收信號一定強(qiáng)度的增益，也可更好地調(diào)整高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)采集儀的位置，保護(hù)監(jiān)測人員和儀器的安全（見圖2、表1）。

對于中間存在墻板隔離的密閉空間，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在管廊或隧道內(nèi)側(cè)澆筑區(qū)域模版下方，只有澆筑區(qū)域兩端可以作為監(jiān)測作業(yè)平臺，由于天線的定向性，很難一個(gè)天線同時(shí)實(shí)現(xiàn)左右隔間信號的收集。通過信號收集電纜，把布設(shè)在左右隔間區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測傳感器信號引出，接引至監(jiān)測區(qū)域端頭的無線中繼器，最后由中繼器將信號統(tǒng)一定向發(fā)送至采集儀接收。以廣州市番禺區(qū)萬博商務(wù)區(qū)市政道路、地下環(huán)路及綜合管溝工程（萬博一路奧園段）項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分上中下三層，底層為城市綜合管廊，板厚1 200 mm，長220 m，寬8.3 m，由中墻間隔。為保障施工作業(yè)面的有效利用，項(xiàng)目由兩端向中間逐段澆筑，在進(jìn)行澆筑時(shí)由于通訊角度問題，采用高增益天線或板狀天線僅能連接上一側(cè)的完整信號和另一側(cè)部分管口信號，通過信號電纜上1個(gè)/50 cm 的信號收集包實(shí)現(xiàn)中墻兩側(cè)傳感器的串聯(lián)，收集各設(shè)備信號，避免腳手架或墻體等障礙物對信號的衰減，解決了高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)在狹長密閉區(qū)域應(yīng)用的通訊難題。

圖2 棒狀天線、板狀天線對比Fig.2 Comparison of Rod Antenna and Plate Antenna

表1 棒狀天線與板狀天線優(yōu)缺點(diǎn)對比Tab.1 Comparison of Advantages and Disadvantages between Rod Antenna and Plate Antenna

3 橋梁高支模自動(dòng)化變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置

為了解現(xiàn)澆橋梁模板工程的變形情況，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、確保安全及指導(dǎo)施工的目的，在模板工程澆筑過程中，必須對高支模支撐系統(tǒng)進(jìn)行變形監(jiān)測，余擁華［11］結(jié)合工程應(yīng)用，提出了橋梁工程高支模施工安全監(jiān)控的要點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)橋梁工程高支模施工安全監(jiān)測的重要性。在橋梁工程施工過程中，對高支模進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)是基礎(chǔ)，為保證高支模監(jiān)測的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行位移變化量的觀測時(shí)，必須考慮其基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)問題。

高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)采用拉繩式位移傳感器對模板支架水平進(jìn)行觀測，在測量支架的整體水平位移時(shí)，測點(diǎn)順橋向布設(shè)在支架外側(cè)。橋梁模板支架整體水平位移的觀測，可分為沿橋向方向和垂直橋梁走向方向，沿橋向方向兩跨之間模板支架兩側(cè)有橋墩的支撐，該方向水平位移變形較小，水平位移基準(zhǔn)點(diǎn)可設(shè)置在兩側(cè)橋墩固定。但是在進(jìn)行垂直橋線方向的水平位移測點(diǎn)布設(shè)時(shí)，基準(zhǔn)點(diǎn)需向兩側(cè)垂直橋線方向拉升，橋梁兩側(cè)一般情況下不存在建（構(gòu)）筑物或其建（構(gòu)）筑物距離較遠(yuǎn)，拉繩式位移傳感器將面臨無穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為基準(zhǔn)點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)過遠(yuǎn)影響測量精度的情況。

盧松耀等人［12］結(jié)合工程實(shí)例，將測量機(jī)器人用于高支模變形監(jiān)測，提出建立適合高支模監(jiān)測的變形監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。筆者在實(shí)際模板工程監(jiān)測中進(jìn)行對比試驗(yàn)，在不要求高頻次監(jiān)測的情況下，自動(dòng)化全站儀可實(shí)現(xiàn)小區(qū)域內(nèi)的垂直橋線方向的水平位移的自動(dòng)化監(jiān)測，以廣州市番禺區(qū)某道路改造工程為例，該工程兩側(cè)為市政道路，道路周邊存在綠植綠被。涉及兩座匝道橋?yàn)楝F(xiàn)澆箱梁，橋長58 m，寬8.5 m。由于匝道橋的環(huán)形設(shè)計(jì)，在環(huán)內(nèi)側(cè)可保障對橋梁支架各跨的通視，采用全站儀自動(dòng)化測量支架水平位移，很好地補(bǔ)充了高支模自動(dòng)化監(jiān)測的手段。

由于場地的限制和全站儀自動(dòng)化監(jiān)測通視的要求，跨度較大的橋梁不適宜使用全站儀進(jìn)行垂直橋線方向的水平位移的自動(dòng)化監(jiān)測。針對此類情況，激光位移傳感器基于激光的高方向性的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離高頻測量。在進(jìn)行水平位移的自動(dòng)化監(jiān)測時(shí)，將感光元件（靶標(biāo)）固定在立桿頂端，激光傳感器探頭固定在橋梁兩側(cè)，通過測量感光元件（靶標(biāo)）的位移變化，反映垂直橋線方向支架整體的水平位移點(diǎn)。根據(jù)測量任務(wù)的需要，測量距離可最大至50 m，但是選擇大量程，測量精度會有所下降，在監(jiān)測儀器選擇時(shí)需綜合考慮。以廣州市花都區(qū)某跨線橋?yàn)槔?，現(xiàn)澆箱梁長60 m，寬20 m，線路兩側(cè)為既有市政道路，有電桿和廣告牌存在，距離高支模支架20 m，水平位移的監(jiān)測很難通過拉繩式傳感器或者自動(dòng)化全站儀，在不影響交通正常運(yùn)行的情況下實(shí)現(xiàn)，選擇30 m量程的激光位移傳感器將靶標(biāo)固定在支架頂端，激光傳感器探頭固定在橋梁兩側(cè)桿件上方，通過測量靶標(biāo)和激光傳感器探頭的位移即可計(jì)算支架垂直橋線方向的位移，具體計(jì)算流程如圖3所示。

圖3 支架水平位移計(jì)算圖解Fig.3 Horizontal Displacement Calculation of Support

4 結(jié)論

高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)不是高支模行業(yè)的萬能鑰匙，作為一套完整的應(yīng)用工具，在工程實(shí)踐中高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)解決了高支模監(jiān)測行業(yè)存在的部分問題，有助于高支模監(jiān)測市場的規(guī)范，進(jìn)一步推進(jìn)高支模監(jiān)測行業(yè)的的健康發(fā)展，提升高支模監(jiān)測行業(yè)的社會認(rèn)可度。但是，高支模自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)疑難尚存，亟需指導(dǎo)和改進(jìn)。在工程作業(yè)中我們也應(yīng)明了其優(yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短正確使用，避免出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺失、錯(cuò)漏等情況，從而最終實(shí)現(xiàn)對高支模安全的有效監(jiān)控和監(jiān)管。