高大模板支撐體系數字化實時監控技術方案的應用

范遠剛

（福州市長樂區建筑工程文明安全監察站，福建 福州 350200）

隨著現代化城鎮進程的快速發展，城市建筑中大跨度、大空間和造型各異的建筑紛紛出現。這些建筑無論是在材質特性，還是在外部荷載方面都是復雜多樣的，因此在結構施工時其模板支架穩定性就顯得相對復雜。通常會因支架變形而造成模板支架失穩現象，特別是在超過一定規模的高大模板工程中，如果在施工過程中未能有效地實時監測和預警模架變形值，則極可能出現群死群傷的生產安全事故，嚴重影響工程施工安全[1]。為解決現有高大模板支撐體系存在諸多不足的問題，推進高大模板支撐體系施工過程安全信息化管理，預防和減少高大模板支撐體系坍塌等施工安全事故，可應用傳感感應技術自動監測高大模板支撐體系施工安全[2]。

1 技術方案的特點

采用NB-IOT激光傾角位移監測預警系統，在混凝土澆筑過程中對高大模板支撐架體的沉降、位移和傾角進行實時監測，通過PC端或手機App采集相關數據，實時查看、實時預警。該方案具有實時采集參數、監管直觀、監控響應及時等優點，可有效預防高大模板在施工過程中突發安全事故，保障人員生命及財產安全[3]。

與傳統的監測方式相比，該系統安裝便捷、使用簡單，可實時監測高支模形變，自動化程度高，數據穩定性高，傳感器架設方便，縮短了施工時間。高頻采樣可實現全程實時連續監測，自動觸發機制可實現即時報警，有效降低了施工安全風險，實現無人值守，顯著減少了人工投入。

2 技術方案的原理

通過在模板支架立桿頂部架設NB-IOT激光傾角位移傳感器，實時測定儀器與架體底部之間的間距以及支架傾角變化。其中，傾角傳感器用來測量高大模板支撐系統的架體傾斜角度，測距傳感器用來測量高大模板支撐系統的架體豎向變形，從而達到監測模板支架豎向和側向變形的目的。當沉降值、側向位移值超過設置的容許值將啟動預警和報警，可實現模板支架自動監測和預警功能。該系統由NB-IOT激光傾角位移傳感器、云服務平臺和監測預警客戶端組成，如圖1所示。

圖1 NB-IOT激光傾角位移傳感器

3 試驗項目

3.1 項目概況

試驗區域長17.15m、寬8.7m，總面積為149.205m2；基礎面標高-0.9m，三層板面標高9.55m，三層板厚120mm；梁板最大跨度達8.1m，其中主梁尺寸為300mm×750mm、400mm×800mm、300mm×800mm、400mm×700mm，次梁尺寸為250mm×600mm、300mm×600mm。支撐高10.45m，采用扣件式鋼管腳手架，立桿橫距為1m×1m，步距為1.5m，梁板之間拉結，自下而上每隔兩部拉設1道水平剪刀撐，四周拉設豎向剪刀撐，如圖2所示。

圖2 試驗段高支模立面圖（單位：mm）

3.2 監控部位布置原則

根據高大模板支撐體系的受力特點，應對其關鍵部位或薄弱部位的支架沉降、位移、傾角等參數進行實時監測，監測點設在跨度較大的主梁跨中、雙向板板中以及其他重要構件承受荷載較大或穩定性較差的部位。支撐體系傳感器平面布置如圖3所示。

圖3 支撐體系傳感器平面圖（單位：mm）

（1）監控點布置原則。以既有混凝土柱、剪力墻等固定結構為參考點設置水平位移傳感器，監測高支模支架的整體水平位移；以支模體系地面為參考點，在梁底、板底模板支架立桿安裝激光傾角位移傳感器，監測模板沉降和桿件傾角。

（2）NB-IOT激光傾角位移傳感器的安裝。位移傳感器主要用于監測高支模系統的沉降和水平位移，其觀測點選擇在支模系統受力較大的主梁下方，距模板支架立桿頂部0.5～1.0m，如圖4所示。傾角傳感器通過立桿的傾斜角的測量，計算得到支模系統的水平位移及其傾斜程度[4]。

圖4 立面布設示意（單位：mm）

（3）監測周期和頻率。①監測從模板混凝土澆筑起，至混凝土澆筑完成后24h時終止，澆筑之前將激光傾角位移傳感器數值歸零。②在混凝土澆筑過程中進行實時監測，安裝在高支模上的監測儀器每隔30s自動采集數據并上傳至平臺。

（4）監測參數預警值。①水平位移預警值為支架高度的1/300。②傾角預警值根據監測桿件的計算長度和允許變形值確定。傳感器的監測數據通過無線傳輸設備送至數據采集儀，通過遠程PC端或手機App實時顯示各個測點位移和傾角監測值，數據顯示直觀、及時，監測精度高。在混凝土的澆筑過程中一旦各類監測數據超過設定的預警值，預警模塊會進行相應提示，避免事故的發生[5]。

4 試驗項目監測結果

混凝土開始澆筑0.5h監測點16號突然出現告警信息，如圖5所示，模板支架出現較大位移沉降。接報告后項目負責人立即指示施工現場停止澆筑混凝土，人員撤離并排查模板支架險情。經過排查發現，是由于工人在混凝土澆筑前把方鋼管放到監測點下方，工人把材料撤走，引起16號點的位移突然下降。次日早晨24號、25號監測點也是由于工人材料堆放引發了告警信息。

圖5 告警信息

經過對高頻率大量監測數據進行大數據分析，該工程高支模在澆筑過程中總體穩定，大部分監測點未見明顯變形，施工過程最大沉降位置為16號點位，為9.6mm。各點位監測最終值如表1所示。

表1 研發樓四期5#樓各點位監測最終值

5 結束語

混凝土澆筑過程中，監控人員應密切關注高大模板各監測點的數值及變化趨勢，若監測點的數值變化趨勢發生異常，應對相應數據及時進行分析。當監測數值超過預警值時，應立即通知現場項目負責人和監理人員，同時通知現場作業人員立即撤離，安排技術人員排查危險預警原因，待險情解除，經現場項目負責人、監理等確認后，方可繼續施工。混凝土澆筑完成后，應連續監測各監測點的數值及變化趨勢，直至監測參數趨于穩定或到達所預設的監測終止時間，并分析異常值產生的原因。當前，新經濟的基本形態是“互聯網+”，傳感感應技術作為新經濟的核心技術基礎之一，可應用于建設工程重大危險源監管，有效達到預警作用。