唐強(qiáng)達(dá) 康 勇 李德輝

上海建科工程咨詢(xún)有限公司 上海 200032

整體鋼平臺(tái)（integral steel platform system，ISPS）是應(yīng)用于高層、超高層建筑核心筒施工的一種新型技術(shù)裝備[1]。隨著超高層建筑的發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)中越來(lái)越多地采用復(fù)雜多變的體型及結(jié)構(gòu)體系，給超高層建筑施工帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。整體爬升鋼平臺(tái)模架裝備具有整體性強(qiáng)、機(jī)械集成化程度高、施工安全性能好等特點(diǎn)，是目前我國(guó)超高層建筑結(jié)構(gòu)廣泛采用的核心施工裝備[2]。

使用整體鋼平臺(tái)進(jìn)行超高空作業(yè)過(guò)程中需在“擱置—爬升”兩種狀態(tài)間反復(fù)切換[3]，存在發(fā)生重大安全事故的可能，許多學(xué)者針對(duì)整體鋼平臺(tái)施工安全性開(kāi)展了研究。沈陽(yáng)等[4]采用最不利條件下結(jié)構(gòu)變形作為評(píng)估整體鋼平臺(tái)安全風(fēng)險(xiǎn)特性的核心指標(biāo)，建立了整體鋼平臺(tái)變形預(yù)警指標(biāo)體系；吳水根等[5]通過(guò)建立整體爬升式鋼平臺(tái)模架簡(jiǎn)化分析模型與精細(xì)化分析模型，分析了擱置狀態(tài)下底部牛腿及側(cè)向頂墻導(dǎo)輪對(duì)鋼平臺(tái)整體受力的影響，提出了相應(yīng)的分級(jí)控制指標(biāo)及加固建議。以上研究一定程度上從施工方角度提升了整體鋼平臺(tái)施工過(guò)程中的安全性。作為監(jiān)理方，對(duì)整體鋼平臺(tái)的施工作業(yè)進(jìn)行安全施工監(jiān)理是超高層建筑施工監(jiān)理的重要內(nèi)容。

目前，從監(jiān)理的角度探討整體鋼平臺(tái)安全性監(jiān)測(cè)方法的研究還很少。本文研究并提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺(tái)施工安全實(shí)時(shí)定量化監(jiān)測(cè)方法，旨在提升整體鋼平臺(tái)施工安全監(jiān)理的信息化、智能化水平，進(jìn)一步提升整體鋼平臺(tái)施工的安全性。

1 需求分析

1.1鋼平臺(tái)的平整度監(jiān)測(cè)

鋼平臺(tái)是超高層建筑施工的最主要場(chǎng)所，施工材料都堆放在鋼平臺(tái)上，施工人員往來(lái)頻繁，鋼平臺(tái)的傾斜會(huì)釀成重大安全事故，必須保證鋼平臺(tái)的平整度在允許的范圍內(nèi)。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼平臺(tái)的平整度，并在鋼平臺(tái)平整度超過(guò)允許范圍時(shí)及時(shí)預(yù)警，對(duì)施工監(jiān)理來(lái)說(shuō)不僅具有必要性，而且具有緊迫性。

1.2塔吊的垂直度監(jiān)測(cè)

塔吊是附著于鋼平臺(tái)上起吊建材的關(guān)鍵設(shè)備，塔吊在工作過(guò)程中必須保證塔吊主體與地面基本保持垂直（傾斜度不高于4‰）。

1.3布料機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)

布料機(jī)的振動(dòng)影響鋼平臺(tái)穩(wěn)定性，需要監(jiān)測(cè)各種狀態(tài)下布料機(jī)機(jī)身的振動(dòng)強(qiáng)度，保證振動(dòng)強(qiáng)度在允許范圍內(nèi)。

1.4施工升降機(jī)升降監(jiān)測(cè)

施工升降機(jī)需要頻繁升降，運(yùn)送施工人員和建筑材料到鋼平臺(tái)上，但在鋼平臺(tái)爬升階段，施工升降機(jī)必須靜止在最底層，以保證鋼平臺(tái)爬升時(shí)的安全。監(jiān)控鋼平臺(tái)爬升階段施工升降機(jī)的高度具有必要性。

1.5環(huán)境風(fēng)速監(jiān)測(cè)

鋼平臺(tái)是一種高空附著物，當(dāng)環(huán)境風(fēng)速大于一定級(jí)別時(shí)，鋼平臺(tái)的穩(wěn)定性會(huì)受到影響。此時(shí)，繼續(xù)施工存在極大的安全隱患。因此，需要監(jiān)測(cè)環(huán)境風(fēng)速，以便監(jiān)理方有效監(jiān)測(cè)施工方是否在安全狀態(tài)下施工。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺(tái)施工安全定量監(jiān)測(cè)

從整體鋼平臺(tái)施工安全監(jiān)理的需求可以看出，對(duì)整體鋼平臺(tái)施工過(guò)程安全性的監(jiān)理主要包括鋼平臺(tái)的平整度、塔吊的垂直度、布料機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度、施工升降機(jī)的高度及施工環(huán)境風(fēng)速。當(dāng)前，監(jiān)理方對(duì)這些設(shè)施及環(huán)境狀態(tài)的監(jiān)理缺乏科學(xué)、有效的手段。目前普遍采用的監(jiān)理人員現(xiàn)場(chǎng)“督導(dǎo)”的方法不僅需要大量的人力，而且憑人的主觀判斷只能監(jiān)督施工過(guò)程的規(guī)范性，無(wú)法監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的興起使得物物互聯(lián)、萬(wàn)物感知成為可能[6]。本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于整體鋼平臺(tái)施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測(cè)中，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺(tái)施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測(cè)方法，以輔助監(jiān)理人員對(duì)鋼平臺(tái)施工過(guò)程安全性進(jìn)行定量監(jiān)理（圖1）。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺(tái)施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測(cè)

物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中物物互聯(lián)的本質(zhì)是部署于物體上的傳感器的互聯(lián)，對(duì)物的感知也是通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)的。因此，本方法先將測(cè)風(fēng)傳感器部署于鋼平臺(tái)頂部通風(fēng)處，測(cè)平傳感器部署于鋼平臺(tái)頂層頂板上，測(cè)直傳感器部署于塔吊側(cè)壁上，測(cè)振動(dòng)傳感器部署于布料機(jī)機(jī)身底部，測(cè)高傳感器部署于施工升降機(jī)上。然后將各傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)NB-IoT網(wǎng)絡(luò)[7]無(wú)線接入到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)。物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)一方面接收前端的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，另一方面向后臺(tái)服務(wù)器提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)。服務(wù)器接收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，通過(guò)可視化界面實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，并按監(jiān)理行業(yè)設(shè)備安全性施工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置預(yù)警門(mén)限，以保證施工安全。

3 方法的驗(yàn)證與分析

3.1傳感器部署

為了驗(yàn)證本方法的可行性和有效性，分別選擇上海和寧波2座在建超高層建筑的鋼平臺(tái)開(kāi)展施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。將5種傳感器部署于鋼平臺(tái)的不同位置，分別監(jiān)測(cè)環(huán)境風(fēng)速、鋼平臺(tái)平整度、塔吊垂直度、布料機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度及施工升降機(jī)的高度。每個(gè)傳感器都集成在一個(gè)單片機(jī)上，單片機(jī)上還集成了NB-IoT模塊，傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，通過(guò)NB-IoT模塊發(fā)送給服務(wù)器。

3.2?tīng)顟B(tài)監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析

將傳感器部署好后，開(kāi)展連續(xù)數(shù)周的5種關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測(cè)。通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，開(kāi)展鋼平臺(tái)施工安全定量監(jiān)理。

3.2.1 塔吊垂直度

圖2（a）和圖2（b）分別為上海和寧波2個(gè)鋼平臺(tái)上塔吊的垂直度監(jiān)測(cè)結(jié)果。可以看出，2個(gè)鋼平臺(tái)上塔吊的垂直度總體都保持在4‰以下，滿足施工規(guī)范規(guī)定的塔吊垂直度不得大于4‰的要求，局部出現(xiàn)的超過(guò)4‰的跳躍與監(jiān)測(cè)設(shè)備隨機(jī)誤差或塔吊負(fù)重后的瞬時(shí)偏移有關(guān)。

圖2 塔吊垂直度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.2 布料機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度

2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖3）表明，布料機(jī)在非工作狀態(tài)下的振動(dòng)強(qiáng)度均小于2。布料機(jī)在布料作業(yè)時(shí)，振動(dòng)強(qiáng)度明顯增大，最大可達(dá)10以上，說(shuō)明此時(shí)布料機(jī)可能處在工作狀態(tài)。部署的振動(dòng)傳感器能很好地監(jiān)測(cè)布料機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度，為施工安全監(jiān)理提供依據(jù)。

圖3 布料機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.3 鋼平臺(tái)的平整度

圖4為2座在建超高層建筑施工鋼平臺(tái)平整度監(jiān)測(cè)結(jié)果。2座鋼平臺(tái)平整度良好，可為施工提供安全保障。

圖4 鋼平臺(tái)平整度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.4 施工升降機(jī)高度

施工升降機(jī)的高度監(jiān)測(cè)結(jié)果盡管存在一定的誤差，但總體的升降變化趨勢(shì)是明顯的。選取26日11時(shí)—17時(shí)上海項(xiàng)目鋼平臺(tái)爬升階段施工升降機(jī)高度監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果（圖5）表明，在鋼平臺(tái)爬升作業(yè)的全過(guò)程中，施工升降機(jī)經(jīng)歷了10次升降，經(jīng)與施工方核實(shí)，前7次升降時(shí)，鋼平臺(tái)還沒(méi)有爬升，正在做準(zhǔn)備工作，需要提升班組人員陸續(xù)上鋼平臺(tái)，其他班組撤離，施工升降機(jī)需分批運(yùn)送。第8次和第9次施工升降機(jī)升降時(shí)，鋼平臺(tái)第1行程已經(jīng)結(jié)束，正在做受力轉(zhuǎn)換，鋼平臺(tái)處于靜止?fàn)顟B(tài)，施工升降機(jī)接送來(lái)不及撤離的人員撤離。第10次升降時(shí)，鋼平臺(tái)第2行程已經(jīng)結(jié)束，準(zhǔn)備封閉閘板，做最后的收尾工作，此時(shí)液壓工程師身體不適，提前到6層乘人貨梯撤離?？梢?jiàn)，測(cè)高傳感器完整地監(jiān)測(cè)到了鋼平臺(tái)爬升階段施工升降機(jī)的狀態(tài)，施工方對(duì)此期間施工升降機(jī)的每一次升降都給出了合理的解釋。本系統(tǒng)起到了很好的輔助施工監(jiān)理的作用。

圖5 上海項(xiàng)目鋼平臺(tái)爬升階段施工升降機(jī)高度監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.2.5 環(huán)境風(fēng)速

從圖6可看出，部署于2個(gè)鋼平臺(tái)上的風(fēng)速傳感器基本能監(jiān)測(cè)出鋼平臺(tái)上局部風(fēng)速的變化。圖6（b）中，22日—28日存在一次明顯的風(fēng)速異常增大過(guò)程，與此時(shí)期寧波經(jīng)歷的一次臺(tái)風(fēng)過(guò)程吻合，說(shuō)明本監(jiān)測(cè)方法能較好地反映環(huán)境風(fēng)速的變化，為監(jiān)理方監(jiān)測(cè)施工環(huán)境條件提供依據(jù)。

圖6 環(huán)境風(fēng)速監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺(tái)施工安全定量監(jiān)測(cè)方法，并分別在上海和寧波2個(gè)在建超高層建筑施工工地開(kāi)展了方法的試驗(yàn)驗(yàn)證與分析，證實(shí)了該方法的可行性與有效性。本方法可以輔助監(jiān)理人員開(kāi)展超高層建筑施工過(guò)程中整體爬升鋼平臺(tái)的安全監(jiān)理，提高監(jiān)理過(guò)程的信息化、智能化水平，提升監(jiān)理的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，達(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，指導(dǎo)安全生產(chǎn)的目的。