趙 靚

(山西云時代技術(shù)有限公司，山西 太原 030600)

0 引言

隨著城市化進程的加快，城市人口規(guī)模急劇擴大，隨之而來的城市交通擁堵問題也日益加重，為了解決出行困難，緩解交通壓力，在建設(shè)高速公路的同時，隧道建設(shè)也加入其中。在此背景下，隧道建設(shè)過程中的安全問題受到了越來越多的關(guān)注。建設(shè)期安全監(jiān)控管理失效所造成的事故后果非常嚴重[1]。隧道安全監(jiān)測運用傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場管控方式存在著一定的局限性，人為影響因素較大且實時性較差，一旦出現(xiàn)事故代價便是慘痛的。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效解決由于監(jiān)控人員疲憊或工作疏忽導(dǎo)致的監(jiān)控不及時等問題。借助現(xiàn)代信息技術(shù)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的不斷深入，世界各國對地下施工安全監(jiān)測預(yù)警的認識和處置不斷加強[2,3]。

結(jié)合我省當前軌道交通及高速公路建設(shè)情況，圍繞安全山西、平安山西建設(shè)，在安全生產(chǎn)、信息安全等方向開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，用科技力量堅守施工建設(shè)安全，在交通安全監(jiān)測預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)方面展開研發(fā)，開展將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用于隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的研究，建立一套涵蓋建設(shè)期的動態(tài)無線自動化位移及應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對隧道相關(guān)數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)測預(yù)警，確保施工過程中工程結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用于隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中，運用高性能、小型化和智能化傳感器，可以有效檢測位移、裂縫等不易被人工肉眼察覺的變形等問題。在施工早期，對位移或裂縫發(fā)生的初期進行實時感知，能夠盡早地對問題采取應(yīng)對策略，防止未及時發(fā)現(xiàn)問題而產(chǎn)生更嚴重的后果。通過利用不同類型的傳感器設(shè)備，可實現(xiàn)全過程、自動化、實時感知。將接收到的物理量轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾娦盘枺瑸樾畔鬏斪鰷蕚?。建立一套涵蓋建設(shè)期的無線自動化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對隧道內(nèi)多種信息的自動化采集監(jiān)測，提升監(jiān)測過程的自動化水平。采集的數(shù)據(jù)進入由Java與oracle編碼完成的后端平臺展示輸出。圖1所示為系統(tǒng)構(gòu)成示意圖。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 技術(shù)關(guān)鍵

系統(tǒng)運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過布置在現(xiàn)場的自動化設(shè)備，采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，采集的數(shù)據(jù)通過無線方式傳回后端控制平臺。后端平臺通過對數(shù)據(jù)信息進行判斷風(fēng)險，實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)警。系統(tǒng)可接入上百個監(jiān)測點，為系統(tǒng)二次開發(fā)提前預(yù)留接口。本設(shè)計可檢測目標主要包括：圍護結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測、沉降監(jiān)測、支撐軸力在線監(jiān)測、地下水位在線監(jiān)測等。

圍護結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測：位移變形主要與自然條件和建筑物結(jié)構(gòu)有關(guān)。施工期間必須及時、準確地對圍護結(jié)構(gòu)進行沉降、變形觀測，確保其安全施工。在施工現(xiàn)場，每間隔一段距離布設(shè)一個監(jiān)測點。監(jiān)測設(shè)備為全自動全站儀及配套棱鏡組[4]。圖2為全自動全站儀。

圖2 全自動全站儀

沉降監(jiān)測：沉降監(jiān)測采用電子水準儀監(jiān)測。另外沉降監(jiān)測還包括對周邊管線的沉降監(jiān)測，確保隧道施工過程中地下管線的變形在安全運行允許的范圍之內(nèi)[5]。

支撐軸力在線監(jiān)測：隨著隧道施工情況的變化，通過支撐軸力監(jiān)測，可及時了解支撐受力情況，判斷支撐體系穩(wěn)定安全情況，及時指導(dǎo)施工程序[6]。

地下水位在線監(jiān)測：由傳感器主體、氣壓補償計、通訊數(shù)據(jù)線、固定套環(huán)等部件組成。適用于測量地下水位的變化，可通過直接掛接系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)自動采集。氣壓補償計可補償由大氣壓的變化所引起的誤差。圖3所示為滲壓計。

圖3 滲壓計

3 軟件設(shè)計

安全監(jiān)測軟件系統(tǒng)采用B/S體系結(jié)構(gòu)，設(shè)置服務(wù)器服務(wù)端及工作站客戶端。各自動監(jiān)測設(shè)備通過現(xiàn)場感知、無線傳輸將采集的數(shù)據(jù)存儲在Oracle數(shù)據(jù)庫，服務(wù)端根據(jù)客戶端請求提供對數(shù)據(jù)查詢、修改等管理功能的響應(yīng)。客戶端向用戶展示監(jiān)測數(shù)據(jù)，提供操作入口。另外，軟件系統(tǒng)可根據(jù)原始監(jiān)測數(shù)據(jù)提供預(yù)警功能，保證施工過程各關(guān)鍵數(shù)據(jù)的監(jiān)測及分級預(yù)警提醒。圖4是人員管理界面圖。圖5是工程資料管理界面圖。

圖4 人員管理界面圖

圖5 工程資料管理界面圖

4 總結(jié)

本研究將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于隧道施工結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)中，通過自動化設(shè)備采集目標區(qū)域的目標信息，替代傳統(tǒng)的人工檢測為主的方法，大大提高了監(jiān)測過程中的自動化水平，最大限度地減少了人為因素的影響，提高了監(jiān)測方法的信息化程度，保護了隧道內(nèi)施工人員與公共財產(chǎn)安全，具有重要的經(jīng)濟社會效益。