建筑施工中的传感器应用与发展.pdf

混凝土浇筑完毕后应及时进行连续养护,防止表面干燥。对 于去掉模板后新暴露的混凝土要及时覆盖养护,以防日晒和 风吹,避免产生干缩裂缝。对大体积混凝土,根据不同环境 采取蓄水或盖塑料薄膜,再盖上草袋或麻袋进行保温保湿养 护,在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度应根据温 控指标的要求来确定。保温养护的目的主要是降低大体积 混凝土浇筑块体的内外温差,以降低混凝土块体的温度应 力。其次是降低大体积混凝土块体的降温速度,充分利用混 凝土的抗拉强度,以提高混凝土的抗裂能力,达到防止和控 制温度裂缝的目的。 415 温度监控 在一般混凝土的浇筑中每工作班8h应不少于2次测 试混凝土的温度,大体积混凝土要埋设测温元件,按规定进 行测温,以便及时采取保温措施,使混凝土浇筑块体内外温 差、 降温速度达到设计要求,并保证混凝土内外温差控制在 25℃ 以内,降温速度不大于115℃ Πd ,避免温度裂缝的产生。 施 工 技 术 CONSTRUCTION TECHNOLOGY 2002年4月 第31卷 第4期 建筑施工中的传感器应用与发展 张 利 1 张希黔 2 1 1 重庆大学,重庆 400045;21 中国建筑三局,湖北 武汉 430070 [摘要]传感器是信息化施工中实现信息自动采集与录入的基础,为项目决策和控制提供基础数据。文章总结了温 度、 位移、 光、 压力、 光纤和视觉传感器等技术在工程施工中的应用,形成了建筑施工传感器系统,并论述了其发展。 [关键词]建筑施工;传感器;应用;发展 [中图分类号] TU528106[文献标识码] A [文章编号] 10022849820020420032203 Application and Development of Sensor in Construction ZHANGLi 1 , ZHANG Xi2qian 2 1. Chongqing University,Chongqing 400045 ,China; 2.China Construction Engineering Third Bureau,Wuhan,Hubei 430070 ,China Abstract Sensor is the base of inationization construction ,and it can automatically gather and record ination and provide basic data to project decision and control. In this article ,authors generalize application and development of many kind of sensors in2 cluding temperature ,displacement ,light ,pressure ,optical fiber and sight sensors ,all of which a construction sensor system. Key wordsconstruction; sensor; application; development [收稿日期] 2001211212 [作者简介]张 利1976 , 男,河南南阳人,重庆大学土木工 程学院99级博士研究生,重庆市沙坪坝区北街83号 400045 , 电话07553663312 1 传感器概念 施工中所用的传感器主要是利用传感设备,从施工现场 采集构件温度、 变形、 受力、 设备运行及现场施工状况等反映 施工中各种施工生产要素及其状态的有用信息的数据与图 像技术系统。它研究如何利用传感器将施工所需数据准确 及时地收集和传递,从而为项目决策和控制提供基础数据, 以利于施工控制和管理的高效化,是实现信息自动采集与录 入的基础。 2 建筑工程施工中的传感器应用 传感器是指基于计算机的传感设备。工程施工中的传 感设备将反映各施工要素状态的物理信息通过IΠO站转化 为计算机能识别的数据,从而实现信息收集的自动化。用于 施工中的传感器从功能上分主要有测温传感器、 应变传感 器、 光波传感器、 压力传感器、 光纤和视觉传感器等。 2.1 测温传感器 在施工中应用温度传感器主要是对大体积混凝土的裂 缝进行控制。利用温度传感器现场多用铜2康铜热电偶将 温度信号转变为数字信号,传输入计算机,由相关软件对其 进行运算、 分析和其他处理后显于计算机屏幕上,通过计算 机屏幕可以随时了解掌握混凝土的温差变化,并具备报警功 能。通过人工智能专家系统对报警部位提供相应的技术建 议,从而采取措施消除隐患。 除了控制混凝土裂缝外,温度传感器在混凝土的蓄热养 护、 冬季施工、 冻结法施工中也能发挥作用。同时还可对施工 中构配件装配进行温度监控,以保证安装精度和结构安全。 在智能生态建筑中,温度传感器可以根据室内环境自动 测温并调温等,以保持室内适宜的温度和节约能源。此外在 建材产品中,如钢材、 水泥、 砖在生产制造中也要用温感进行 控制,以保证生产和质量控制。 2.2 位移传感器 位移传感器除了用于检测结构构件的变化、 房屋的倾 23 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 斜、 沉降外,最重要是用在基坑开挖时的地质预警系统中。 通过测位计、 测斜仪等仪器,在基坑开挖时,监控边坡的稳 定,防止边坡失稳、 滑移等,对施工周边的环境保护具有重要 意义。利用应力应变来检测桩端质量也得到大量应用。对 于桩基检验,采用桩基动测分析系统,成桩后在桩顶作动测 试验和分析,根据微机分析结果来判断桩身的完整性,然后 决定对桩的施工质量处理方案,是检验桩的一种重要手段。 中国科学院武汉岩土力学研究所研制了桩基完整性动力检 测装置,其中定量分析采用微机。中国建筑科学研究院研制 的FEI2A型桩基动测分析系统,既可用作低应变动力检测, 又可用于高应变动力检测,是我国当前桩基动力检测的最佳 装置。随着技术的发展,位移传感器的应用将越来越广。 2.3 光波传感器 工程施工中的光波传感器主要应用于结构构件的无损 检测,包括混凝土构件和钢结构焊缝等。采用光波传感器进 行无损检测常用的有超声脉冲法、 射线法、 脉冲回波法、 雷达 扫描法、 红外热谱法、 声发射法等。 随着混凝土无损检测方法和电子技术的发展,利用传感 技术进行无损检测也发展到一个新水平,目前国内外关于无 损检测仪器的研究动向主要有以下趋势 1仪器智能化 近年来无损检测技术测试数据的处理 和评价方法日趋复杂,迫切要求提高仪器的自身数据处理能 力,因此新研制的仪器普遍运用了计算机技术。 2传感系统多样化 近年来高灵敏传感器系统不断出 现,其中包括红外、 微波、 射线等传感系统。由于超声检测方 法的多样化,超声探头的品种也日益增多,尤其是短余振探 头、 反射探头、 组合探头等特种探头相继问世,使以往无法实 现的某些检测方法和设想,通过新型传感器的研究成功而获 得解决。比如,天津市地质工程勘察院引进了日本超声波成 孔控测仪,利用该仪器特制的探头,一次下孔连续测量孔壁 的4个方向,可提供影响钻孔质量的几乎所有参数。该仪器 在充满泥浆的钻孔中,上下连续拍摄,使人们看到了钻孔的 真实状况,这在大直径钻孔灌柱桩成孔检测中是一大进步。 3专用化、 小型化、 一体化、 集约化 为了适用某些特 殊结构物的检测需要,国内外都有依据这些特殊要求制成专 用仪器的做法,例如法国CEBTP公司根据钻孔灌注桩的检测 特点制成专用仪器,该仪器把探头升降、 光学记录系统、 超声 发射和接收等集于一体,既满足了要求又缩小了体积。湖南 大学研制的桩基检测专用仪器,更把超声发射系统等都装入 探头中,整机包括升降机、 数据采集、 运算等由计算机控 制,使超声仪更适合于桩基检测的特殊条件。一体化也是当 今仪器的发展趋势之一,例如天津建筑仪器厂把回弹值、 超 声速度、 衰减、 频谱分析等指标的测试和处理都集于HTC21 回弹超声综合检测仪中,提高了仪器中信息处理单元的利用 率,缩小了体积,提高了检测效率。近年来国外还主张把各 种检测功能的仪器组装在一辆检测专用车上,数据由共用的 计算机处理和贮存,称之为集约化趋势。例如英国的道路工 程超声检测系统就是集约化的典型仪器群。它把各种道路 无损检测装置安装在一辆车子内,在车前及车下安装了许多 非接触式超声探头,车子行走过程中同时可测出路面的平整 度、 粗糙度、 厚度等一系列质量指标,并由车内计算机作较大 容量的信息处理,给出对道路状况的综合评价结论。这种集 约化的检测仪器群机动性强,检测功能齐全,处理信息量大, 可适应各种工程的检测,是一个可移动的检测试验中心。 值得说明的是,无损光波传感器检测仪除了用于混凝 土检验外,在钢结构焊缝检验、 材质检验、 砌块墙体检验等方 面也得到大量应用,原理基本相同。 2.4 光纤传感器的应用 近年来,欧美日等发达国家已逐步将光纤传感技术应用 于结构安全监控,并结合利用信息处理、 驱动机构以及一些 新型材料,探讨感应结构和更先进的智能结构等研究试验, 并取得一定的研究成果。他们将光纤传感技术成功地应用 于常年的结构安全监控,并在此基础上,增设并组装驱动机 构激励器及计算机,通过指令、 行动等功能,由计算机进行 控制,使结构的安全监控纳入自动化管理,并使混凝土构筑 物成为具有一定灵敏度的感应结构。在上述感应结构中,进 一步进行智能型结构的研究,即综合利用光纤传感器的检测 功能、 激励器的指令、 行动功能和信息处理机的判断、 结论等 功能,在自动监控的基础上,进行综合判断、 处理的试验,以 进一步达到能自我检测、 判断、 自我修复的智能型结构。 光纤传感器在土木工程中进展的概况主要体现在以下 几个方面① 监控结构的应力与变形;② 对结构开裂进行检 测;③ 对大体积混凝土测温;④ 组成传感网络,遥控监测结构 性能;⑤ 结构安全预示报警。 我国已将光纤传感材料用于三峡大坝和部分桥梁的健 康检测和安全评定等。 2.5 视觉图像传感器 视觉传感器通过光电检测器将光转化为电信号,最常用 的光电检测器是摄像管和固态图像传感器。我们这里主要 介绍利用CCD光电传感器对高层建筑施工的垂直度监测。 该系统由激光发射装置、CCD光电传感器、 视频发生器、 图像采集管及系统主控机组成。激光沿直线发射激光束后, 通过激光接收靶上CCD光电传感器驱动电路完成自扫描,经 视频信号处理电路滤波放大,并经数字化后作为图像采集系 统数据进入计算机,在经过对图像像变及照度进行补偿与数 字滤波的图像处理后再显示在计算机屏幕上,这样可及时准 确地取得在滑模施工中已经发生的垂直度偏扭程度,可及时 地采用有效的纠偏措施,将施工误差控制在允许范围内。 利用该系统进行滑模施工的垂直偏扭监测不仅速度快, 而且准确程度高,同时垂直度偏扭监测为动态管理,可以随 时了解并掌握滑模施工中已经发生的垂直偏扭值及偏扭发 展趋势,有利于及时地采取有效的技术措施对已经发生的偏 扭进行纠正。光电传感器在武汉国贸中心大厦中已受到应 用,且取得了良好的应用效果。此外在三峡大坝混凝土浇筑 中,也利用光电视觉传感器进行了现场监控。 2.6 压力传感器 332002 No.4张 利等建筑施工中的传感器应用与发展 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 压力传感器在建筑工程施工中常用在基坑开挖与边坡 支护、 桩端承载力检验、 各种结构构件的受力分析等方面。 有人已开发出了微机控制下无粘结预应力张拉工艺,当实际 张拉力与设计要求相对误差大于5 时,微机提示作业人员 进行补张拉力。此外,利用压力传感器制成的电子计算秤也 应用在混凝土搅拌站中各种配料的自动称重搅拌中,实现自 动配置骨料,保证混凝土浇筑质量。 对土压力的测定是通过土压力传感器进行的。常用的 土压力传感器有钢弦式和电阻式两大类。道路桥梁、 房屋建 筑预应力工程、 基坑锚杆、 建筑结构和构件受力的测定、 结构 荷载的测量、 加荷千斤顶的标定等工作均可由测力传感器进 行。 3 结束语 本文介绍了建筑工程施工中各种传感器的工作原理与 应用,旨在说明传感器的功能与效果。值得一提的是,3S技 术尤其是RS和GPS技术也是一类重要的信息获取方法和手 段。在施工中,运用遥感技术可充分了解工程所处的地理环 境,了解其地下的土层构造及地下水等。而GPS技术则提供 的是位置信息,是一种重要的施工要素,所以也可归入传感 系统。利用GPS辅助工程施工测量已有应用,如由中国建筑 三局三公司施工的厦门建设银行大楼,应用卫星定位技术, 垂直精度大大提高。这种数据处理自动化、 精度高、 全天候 的高层建筑观测对传统的测量方法是一次革命。所以重视 对3S在工程中的研究应用也是传感系统发展的一个重要方 面。归结起来,无论是从温度、 位移、 力、 光波、 视觉等传感 信息获知方面,还是从RS、GPS给予的信息资源看,传感器的 作用可归结为① 代替人工获取信息;② 完成人工所不能和 不好达到或完成的工作。传感器主要是收集施工现场所需 的各种技术数据,这些数据经AΠD转换或过滤后,将变为有 用的信息传输给项目管理信息系统,经过综合和决策,指导 工程的具体施工和维护。对于传感器应用,应做好两方面的 工作① 施工企业与仪器厂合作,大量开发和研究施工所用 传感器;② 施工企业在工程中转变观念,大力推广运用。做 好这些工作,就为数字化施工体系的建立奠定了信息基础。 参考文献 [1] 贾伯年,俞扑.传感器技术[M].南京东南大学出版社,1992. [2] 贾蕙芹,刘君华,郭恩全.计算机与数字化测量[J ].测控技术, 2001 ,1 . 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