橋梁施工現場監測工作中的傳感測量技術

李強

（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 引言

隨著網絡技術和計算機技術的快速發展，傳感測量技術也隨之出現，該技術作為一種新型的監測技術，使施工現場各項數據的監測效果變得更加準確，因此，被廣泛應用于橋梁工程的施工現場管理中。本文對傳感測量技術的功能和架構做出了全面的分析，深入研究了橋梁工程施工現場使用傳感監測技術的重要意義，使以傳感測量技術為基礎的橋梁工程施工現場監測設計工作取得了最佳效果，通過對實際案例的分析，最終得出的結論為監測系統對橋梁工程施工現場監測起到了重要的作用。

2 傳感測量技術核心架構與功能

2.1 核心架構

伴隨著計算機與網絡技術的快速發展，傳感測量技術也迎來了發展的最佳時機，借助在施工現場布置的大量傳感器來實現對數據信息的及時采集和上傳，實現主機對上傳數據實施的采集、儲存、分析和處理工作。傳感器的類型主要包括液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器等，實際應用中應依據工程建設的實際情況科學地選擇最佳的傳感器類型。傳感器還被認為是測量的節點，主要原因為傳感器的核心作用就是采集數據，借助特殊的網關和網絡協議將傳感器與后臺控制主機高效地聯合在一起。IEEE 802.3局域網協議（Ethernet LAN protocols as defined in IEEE 802.3 suite）是最為常見的網絡協議類型，同時還包括TCP/IP等信息傳輸協議在其中。實際工程應用的過程中，在選擇網絡通信傳輸協議時，要依據整個工程的接口方式和網絡配置來合理地選擇網絡通信傳輸協議。傳感測量技術核心架構的具體情況如圖1所示。

圖1 傳感測量技術的核心架構圖

2.2 主要功能

傳感測量技術的核心功能為數據實時采集，將各種類型的傳感器布設好，使數據信息被及時、準確地獲取。借助通信協議（即通信規約）將所有的傳感器與無線網路連接在一起，使采集到的所有數據被及時地上傳到控制主機數據庫中，完成信息的采集和匯總。數據庫依據所采集到的所有現場施工數據資料，將其劃分為非結構型數據庫和結構型數據庫。非結構型數據庫將施工過程中的所有音頻和視頻數據采集完整；而結構型數據庫的主要作用則是對施工文本信息進行儲存。

無線傳感技術在進行數據質量分析時，主要是借助手持終端設備來完成各項數據質量的分析，該技術可以將所有數據全部上傳到控制主機以后，統一實施分析和處理工作。無線傳感技術的信息通信架構的主要的技術類型包括ZigBee、UWB、藍牙以及WiFi等[1]。ZigBee無線通信網絡技術的主要特點表現為低能耗、近距離等，其可靠性和安全性級別比較高，主要應用于遠程監測領域和工業控制領域中。UWB作為一種超寬帶網絡通信技術，其特點表現為加密性優良、抗干擾能力比較強等。藍牙無線網路通信技術具有較強的近距離特征，將各種類型移動設備間的通信過程進行不斷地簡化，具有較強的實用性。WiFi借助無線路由模式使用戶在信號覆蓋區域中快速地接入網絡系統中，其優勢體現為傳輸速度比較快、覆蓋范圍非常廣等。信息通信架構優勢對比分析的具體情況詳見表1。

表1 信息通信架構優勢對比分析表

3 橋梁施工現場監測系統的重要性

對于橋梁工程來說，施工現場的程序非常復雜，管理人員要做好施工設備和施工人員的統籌協調工作，使橋梁工程施工現場被管理得井井有條，顯著提升其整個工程的安全性和可靠性[2]。如今，橋梁工程施工需要解決的首要問題是，采取怎樣的措施來實現對施工現場的準確、高效的監測。以往在橋梁工程施工時，施工現場的監督管理工作全部是由施工監理人員來全權負責，人為的施工現場監測工作很難保證所有的監測數據都具有較強的真實性，導致施工現場各種監測數據存在著一定的誤差。因此，針對橋梁工程施工現場的實際情況，應積極創建準確、穩定、高效的施工現場監測系統，使整個現場的施工質量和施工效率得到保證。

橋梁工程施工現場投入使用監測系統以后，不再需要安排專人全天24 h值守，能夠詳細地掌握橋梁工程施工現場的每一角落中發生的具體問題。監測系統投入使用以后，對操作人員的專業技術要求不高，其運行效果比較理想，高效地避免了人為因素造成的檢測數據混亂的情況。從橋梁工程成本預算的角度分析，在橋梁工程施工現場監測系統投入使用以后，施工企業的人員成本經費支出得以降低，使整個工程的總預算得到了較好的控制。橋梁工程施工現場的有些區域具有較強的危險性和特殊性，工程監理人員對有些區域無法做到精準控制，導致施工盲區出現。對于施工現場的監測系統來說，其包含著大量的傳感設備，這些設備即使處于危險的環境中，依然能夠保持良好的工作狀態，其對施工現場外部環境的依賴性比較低，使自主閉環運行真正的實現，其采集數據的連續性和準確性都比較高，給整個工程的數據分析做好了充足的準備工作，為后續的橋梁工程現場施工管理和下一步的施工方案制訂打下良好基礎。這就不難發現，在橋梁工程施工現場安裝監測系統具有較強的現實意義，使橋梁工程建設朝著更加科學、先進的方向發展。

4 橋梁施工現場監測系統傳感測量技術的設計與應用

4.1 分析系統功能需求

在分析橋梁施工現場監測系統功能需求的過程中，具體情況見表2。

表2 橋梁施工現場監測系統功能需求分析表

1）可靠性強。可靠性主要是指監測系統的平穩、連續運行，不會因施工環境發生變化而引起宕機的問題，確保監測系統能夠在規定的時間之內實現對施工現場的平穩、連續監測，其可靠性非常強。

2）功耗低。功耗低主要是指監測系統的功耗能滿足行業的各項標準，其綜合能效比較強，使施工企業的能源消耗降到最低。

3）維護簡單。監測系統維護非常簡單，在系統出現問題以后，更換或者是維修零部件就能夠確保其持續運行，將維護成本和維護時間控制到低標準。

4）投入成本少。監測系統的軟硬件更新換代速度非常快，所以，企業不需要投入大量的人力、物力和財力來完成該類系統的研發工作。從企業的實際情況出發，創建完善的施工現場監測系統。

4.2 監測系統的應用與研究

本文的研究案例為某大橋斜拉橋施工現場使用的監測系統，將多個角度傳感器和位移傳感器布設到位，使橋梁工程在施工時，橋體結構出現的角度變化和位移變化得到有效的監測。

4.3 分析監測結果

在某大橋斜拉橋施工現場監測時，使用的主要監測系統為以傳感測量技術為基礎的施工現場監測系統，在開展監測任務時，主要包括兩個方面的內容，分別是施工前后的斜拉橋空心板角度和位移變化監測情況，其具體情況詳見圖2和圖3。

圖2 某大橋斜拉橋施工前空心板位移和角度信息示意圖

圖3 某大橋斜拉橋施工后空心板位移和角度信息示意圖

在仔細分析圖2和圖3以后發現，斜拉橋在施工時，橋體縱軸線保持著恒定不變的狀態，從施工過程的角度分析，空心板Z1、Z3一直保持著對稱的狀態，在施工完成以后，空心板Z1的位置發生了微妙的變化。使用該監測技術以后，斜拉橋BM1～BM4的錨固位置被確定，這就不難發現，在整個試驗過程中，位移和角度傳感器發揮了積極的促進作用。最終的試驗結論顯示，以傳感測量技術為基礎的橋梁施工現場監測系統使橋梁工程施工現場的所有監測需求得到了最大程度的滿足，值得今后在同類型工程中大范圍推廣。

5 結語

如今，在很多工程建設領域中，對無線傳感技術進行了普遍的應用，其數據采集的精準度和準確性非常高[3]，該技術在施工環境比較惡劣的區域依然能獲得最佳效果。本文詳細分析了無線傳感技術在橋梁工程施工現場監測系統中的具體應用，科學布置角度傳感器和位移傳感器，高效地監測了某橋梁工程斜拉橋空心板在施工前后的狀態變化情況，對傳感測量在橋梁施工現場監測系統中發揮的作用進行了深刻的剖析，為今后同類型工程施工夯實了基礎。