施工綜合監控平臺施工技術

張建基，陳景輝

(廣東省六建集團有限公司，廣東 佛山 528000)

1 工程概況

季華實驗室一期建設項目位于佛山市三龍灣高端創新集聚區核心區，文翰湖公園以北，京廣線以南，規劃泰山路以東，規劃文翰北路以西(見圖1)。其占地面積67 286.43m2，建筑面積約104 529.92m2，其中地下約18 860m2，地上約85 669.92m2，土建招標控制價為41 374.79萬元。廣東省六建集團有限公司與廣東省建筑設計研究院聯合設計施工聯合體承包。本工程分B，C 2個區，具有建筑結構復雜、高空作業多、危險性高，多專業綜合性強、協同要求高、新技術應用多、建設標準高，對施工精度要求高等特點，給設計和施工系統管理與綜合防控提出更高要求。針對工程特性，項目策劃采取智慧建造措施。

圖1 季華實驗室一期建設項目

國內主要的智慧工地建設和發展過程存在以下重難點，嚴重影響大型復雜工程項目施工的信息化和智慧化：①單項監控多，綜合監控少，施工監控系統性不強，各類監控可視化程度低；②各類檢查數據和設備體系不同，數據交換困難，數據集成和可視化程度低；③現場數據、BIM模型與云平臺數據和模型傳輸受無線傳輸帶寬限制，因數據卡頓難以實現監控預警的實時同步，影響工程安全。

因此，結合BIM、仿真、現代施工監控和云平臺大數據技術，實現施工項目協同管理和智慧建造，是解決此類問題的關鍵。

2 施工技術特點

2.1 基于BIM的智慧監控集成平臺集成方法

集成塔式起重機安全監控管理子系統、人貨梯安全監控管理子系統、混凝土綜合監測子系統、鋼結構變形監測子系統、高大支模監測子系統、人員定位監測子系統、綠色施工與環境監測子系統，并接入智慧建造綜合監控集成軟件平臺。

2.2 施工綜合監測信息的集成管理

自動化信息采集設備由綜合采集模塊與各類型傳感器組成，采集的數據通過GPRS技術傳送至數據服務端。在云端實現與現場采集設備的交互，并實現遠程數據監控，構成可視化監測預警系統，進一步實現施工可視化監測預警。

根據工程構件形狀特點及部位，細化增加無線傳輸中繼模塊，確保數據采集的代表性、有效性。

2.3 基于Revit+Dynamo可視化大數據智慧監測預警方法

使用Dynamo作為可視化監測預警平臺，結合BIM技術、仿真技術、現代施工監控技術和云平臺大數據技術，實現施工項目協同管理和智慧建造。

通過本工法協助項目實現智慧建造，提高作業效率、節省施工費用、有效縮短工期、降低管理成本。

3 工藝原理

1)現代建筑結構復雜、高空作業多、危險性高；多專業綜合性強，協同要求高，新技術應用多，建設標準高，對施工精度要求高，給設計和施工系統管理與綜合防控提出更高要求。因檢查條目繁多，管理人員專業水準參差不齊，易引起驗收工作遺漏和疏忽，導致施工質量失控、工作效率低。

施工綜合監控平臺基于互聯網，集成7大子系統，增加可視化監控，支持多方在系統上協同工作，實現高質量施工、安全施工及高效智慧施工。

2)施工綜合監控平臺借助自動化信息采集設備與無線傳輸技術GPRS完成監測信息采集工作，構成可視化監測預警系統，進一步實現施工可視化監測預警。

3)基于Autodesk Revit的運行環境，依托Revit對IFC文件的解析能力，直接對IFC模型進行操作。通過試驗證明，Dynamo不僅支持Revit原生格式的讀寫，對IFC格式也有良好的支持性。Dynamo提供豐富的節點，實現自動化與批量化操作。Dynamo擁有良好的擴展性能，通過二次開發才能實現，滿足可視化監測預警需求。

4 施工工藝流程

施工工藝流程如下：施工準備→建立并應用智慧建造平臺→監測智慧建造平臺→智慧建造平臺預警。

5 施工操作要點

5.1 施工準備

根據施工圖、設計變更文件和專業安裝單位深化圖等資料，完善施工專項方案，建立BIM模型。

5.2 建立智慧建造平臺

5.2.1集成塔式起重機安全監控

該塔式起重機安全監控管理系統是集互聯網技術、傳感器技術、嵌入式技術、數據采集儲存技術、數據庫技術等于一體的綜合性新型儀器。該儀器能實現多方實時監管、區域防碰撞、塔群防碰撞、防傾翻、防超載、實時報警、實時數據無線上傳及記錄、實時視頻、語音對講、數據黑匣子、遠程斷電、精準吊裝、塔式起重機遠程網上備案登記等功能，特別是該儀器后臺著重加強監管部門對塔式起重機的管理備案程序，能高效執法。

塔式起重機安全監控系統由主機和遠程監測管理平臺組成。主機安裝在塔式起重機上，連接幅度、高度、轉角、質量、傾角、風速、人臉識別模塊等傳感器，具備內置制動控制和數據存儲等功能。集成塔式起重機安全監控系統設計如圖2所示，塔式起重機安全監控安裝位置如圖3所示。

圖2 塔式起重機安全監控管理子系統構成

圖3 塔式起重機安全監控安裝位置

施工單位聯合設備單位開發塔式起重機變形安全監控功能模塊，即防碰撞、吊鉤可視化功能。

5.2.2人貨梯安全監控系統

人貨梯安全監測、記錄、預警及智能控制系統能全方位實時監測施工人貨梯的運行工況，有危險源時及時發出警報和輸出控制信號，可全程記錄人貨梯的運行數據，同時將工況數據傳輸到遠程監控中心。

人貨梯安全監控子系統安裝有載重監測、人數監測、速度監測(防墜)、傾斜度監測、高度限位監測、防沖頂監測、門鎖狀態監測設備。

5.2.3大混凝土綜合監測管理系統

大混凝土綜合監測管理系統集互聯網技術、傳感器技術、嵌入式技術、數據采集儲存技術、數據庫技術等于一體。多點無線溫度自動測試系統是分布式、全自動、多點溫度靜態數據無線采集系統，該儀器能實現多方實時監管、實時監測大混凝土溫度和濕度，具有超標預警、上傳及記錄等功能，數據云儲存可遠程監管現場混凝土狀況，隨時調整養護措施，對混凝土降溫速率進行信息化控制。

5.2.4鋼結構變形監測系統

鋼結構變形監測系統是集互聯網技術、傳感器技術、嵌入式技術、數據采集儲存技術、數據庫技術等于一體的綜合性新型儀器，由監測傳感器、綜合測試儀、自動綜合采集系統構成。智能數碼弦式應變計可實時監測鋼結構應力，綜合測試儀可直接顯示物理量值，通過設置超標預警提醒、系統數據在線方便多方遠程監管施工過程。

5.2.5高大支模監測系統

高大支模監測系統由監測傳感器(由振弦式軸力計、水平傾角探頭、固定式測斜儀等構成)、采集單元、無線收發、DSC無線自動綜合采集軟件系統構成。高大支模監測項目包括軸向應力、傾斜角、豎向位移、水平位移。

5.2.6人員定位監測系統

人員定位監測系統由定位標簽、定位網關、定位基站、服務器等組成，在主要出入口安裝人臉識別門禁系統，刷臉進出工地，確保人員身份信息，避免無關人員進入。進出數據可實時同步到云平臺，方便項目管理者隨時查看、考勤和統計分析。人員定位系統可將人員定位數據實時發送到項目管理系統，通過可視化界面顯示人員實時位置，統計工作面實時人數。

5.2.7綠色施工與環境監測系統

在施工現場、生活區主線路上安裝智能水、電表，采集實時用電數據，通過電表傳感器將數據傳輸給后臺，后臺再將數據推送至手機APP上，用戶可在手機上實時查詢具體用電情況。

5.3 智慧建造平臺應用

5.3.1塔式起重機安全監控

利用BIM模型對塔式起重機進行選型布置和安全管理監控，預防塔式起重機出現安全事故，保障建筑工地施工安全。借助BIM與無線傳感網絡技術，動態模擬塔式起重機運行情況，以發現碰撞點，合理科學安排塔式起重機的數量及間距，實時自動化動態收集現場安全信息，使塔式起重機安全作業。

通過設置各類傳感設備，實時監測塔式起重機數據，并實現塔式起重機與云平臺、塔式起重機間的實時通信，做到過程記錄、過程分析、提前預警、危險截斷等，有效保障群塔作業安全。

5.3.2人貨梯安全監控

本項目通過人貨梯安全監控管理系統，在施工電梯上安裝傳感器，實時監測電梯運行過程中的荷載、高度、樓層、傾斜角等，實現樓層呼叫、門鎖報警功能。

通過云平臺可實時查看施工電梯的荷載、人數、速度、高度限位、門鎖狀態、導軌架傾斜、操作人員身份管理等信息，可有效規避系統危險，并傳輸到遠程管理平臺，實現對建筑機械的遠程管理和控制。自動語音播報系統在系統出現危險、電梯啟動運行、電梯到達目標層時均自動發出語音播報，提醒操作人員和乘客。意外斷電時，斷電保護系統依靠備用電源安全鎖定設備，提高安全性。

5.3.3大混凝土綜合監測管理子系統應用

混凝土在制作過程中需嚴格監管，包括混凝土養護溫度、強度、濕度等的監測。在混凝土制作過程中部署能適應不良環境、準確度高、穩定性好等的傳感器，利用傳感器實時傳遞構件內的信息，方便管理人員整理反饋信息。混凝土養護時需注意避免溫度應力過大，控制溫度，利用光纖光柵溫度傳感器(分辨率±0，1℃，精度±0，3℃)監測溫度。

5.3.4鋼結構變形監測系統應用

根據工程特點與理論分析計算結果，在桿件應力最大、應力變化突出及結構變形特征點布置監測點。另外，在施工關鍵節點處布置測點。臨時支護體系的監測點應根據支護結構安裝及卸載先后順序，將監測點適當調整至關鍵受力部位。

該項目B1棟橢圓形立面圍護結構采用懸掛空間鋼管桁架形式，用于掛外立面幕墻的菱形管桁架結構，通過208根鋼管立柱形成橢圓結構，連接屋面裝飾桁架，在橢圓形中間通過彈性鉸支座混凝土結構連接屋面裝飾桁架，共設置16座。主體結構外圍混凝土柱(梁)共設置16組(32個支撐點)支撐架，該支撐架為監測區域(見圖4)。

圖4 監測區域布置

結構原有的二維圖很難讓工人或技術人員理解構件間的相對位置及結構形式，而BIM模型三維節點深化、展示可很好地解決該問題。利用BIM模型，在鋼結構受力大的節點處埋設監測傳感器。

考慮本工程的特殊性，在本方案的監測設計中引入自動化監測，利用計算機通信技術，構成完整有效的監測系統，主要由DSC無線自動綜合采集軟件系統、無線收發模塊、采集單元、監測傳感器模塊組成。

監測傳感器模塊由荷載計、傾角探頭、鋼絲位移計組成。自動化綜合測試系統主要由綜合采集模塊、總線采集模塊、無線傳輸模塊、電源防雷模塊、信號防雷模塊、防水密封保護機箱、高可靠性空氣開關、可充電電源模塊等組成。

5.3.5高大支模監測系統應用

該項目最高模板支撐是B4棟高空通道結構，高33.9m，高大支模采用扣件式鋼管支撐體系。在高大支模立桿鋼管搭設過程中安裝軸力計，支模安裝完成后安裝固定式測斜儀、水平傾角探頭。監控點設置在主梁跨中及主次梁交叉處。高支模部分沉降變形允許值為8mm，報警值為10mm；水平變形預警值為8mm，控制值為10mm。

混凝土施工時應建立高支模支撐系統變形監控措施，澆筑混凝土時需連續監控，直到混凝土澆筑完畢人員退場。

5.3.6人員定位監測系統應用

該項目工期短，施工現場人員長期達1 000人，安裝人員定位監測系統方便管理。

5.3.7綠色施工與環境監測系統應用

該項目于2019年通過“廣東省安全、文明施工樣板工地”2次檢查。

5.4 智慧建造平臺監測

各項監測值的大小為施工各階段、主要構件、關鍵節點提供應力、應變及位移監測數據，可實時對比、分析設計要求，為構件受力狀態分析提供可靠數據，及時預警險情，做到信息化設計、施工，取得最佳經濟效益。

施工過程中，鋼結構與混凝土強度，塔式起重機的高度、幅度、轉角、風速、傾角、吊重、力矩等通過集成7大子系統，可實時監測獲取參數，分析結構構件的變化規律，制訂合理的施工方案，實現施工綜合智能化及可視化的實時預警功能。

5.5 智慧建造平臺預警

采用Dynamo軟件可將當前的預警視圖以圖片格式導出，實現智慧監測預警。

6 結語

工程施工重大危險源主要產生于鋼結構吊裝、高大支模、塔式起重機運行、人貨梯運行等大型機械安全施工過程中。施工重難點包括鋼結構、高大支模施工質量控制。施工綜合監控平臺技術通過綜合應用BIM、可視化、云平臺大數據和物聯網技術，實現對機械設備、施工對象、施工人員和施工環境的一體化智能監控；解決監視器、傳感器的數據交換和信息可視化與集成問題，同時建立智慧監控數據傳輸的 IFC 擴展標準。結合物聯網技術，通過云平臺系統開發，解決模型、監測數據與云平臺的快速傳輸和模型再現問題，建立智慧建造平臺。施工綜合監控平臺施工技術集7大子系統于一體，實現施工項目協同管理和智慧建造，保障施工安全、綠色施工高質量。