唐強(qiáng)達(dá) 康 勇 李德輝

上海建科工程咨詢有限公司 上海 200032

整體鋼平臺（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)計中越來越多地采用復(fù)雜多變的體型及結(jié)構(gòu)體系，給超高層建筑施工帶來了較大的挑戰(zhàn)。整體爬升鋼平臺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，是目前我國超高層建筑結(jié)構(gòu)廣泛采用的核心施工裝備[2]。

使用整體鋼平臺進(jìn)行超高空作業(yè)過程中需在“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)者針對整體鋼平臺施工安全性開展了研究。沈陽等[4]采用最不利條件下結(jié)構(gòu)變形作為評估整體鋼平臺安全風(fēng)險特性的核心指標(biāo)，建立了整體鋼平臺變形預(yù)警指標(biāo)體系；吳水根等[5]通過建立整體爬升式鋼平臺模架簡化分析模型與精細(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)輪對鋼平臺整體受力的影響，提出了相應(yīng)的分級控制指標(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施工過程中的安全性。作為監(jiān)理方，對整體鋼平臺的施工作業(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安全性監(jiān)測方法的研究還很少。本文研究并提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺施工安全實時定量化監(jiān)測方法，旨在提升整體鋼平臺施工安全監(jiān)理的信息化、智能化水平，進(jìn)一步提升整體鋼平臺施工的安全性。

1 需求分析

1.1鋼平臺的平整度監(jiān)測

鋼平臺是超高層建筑施工的最主要場所，施工材料都堆放在鋼平臺上，施工人員往來頻繁，鋼平臺的傾斜會釀成重大安全事故，必須保證鋼平臺的平整度在允許的范圍內(nèi)。因此，實時監(jiān)測鋼平臺的平整度，并在鋼平臺平整度超過允許范圍時及時預(yù)警，對施工監(jiān)理來說不僅具有必要性，而且具有緊迫性。

1.2塔吊的垂直度監(jiān)測

塔吊是附著于鋼平臺上起吊建材的關(guān)鍵設(shè)備，塔吊在工作過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)的振動強(qiáng)度監(jiān)測

布料機(jī)的振動影響鋼平臺穩(wěn)定性，需要監(jiān)測各種狀態(tài)下布料機(jī)機(jī)身的振動強(qiáng)度，保證振動強(qiáng)度在允許范圍內(nèi)。

1.4施工升降機(jī)升降監(jiān)測

施工升降機(jī)需要頻繁升降，運送施工人員和建筑材料到鋼平臺上，但在鋼平臺爬升階段，施工升降機(jī)必須靜止在最底層，以保證鋼平臺爬升時的安全。監(jiān)控鋼平臺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

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

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

從整體鋼平臺施工安全監(jiān)理的需求可以看出，對整體鋼平臺施工過程安全性的監(jiān)理主要包括鋼平臺的平整度、塔吊的垂直度、布料機(jī)的振動強(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“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)督施工過程的規(guī)范性，無法監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的潛在風(fēng)險。物聯(lián)網(wǎng)的興起使得物物互聯(lián)、萬物感知成為可能[6]。本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于整體鋼平臺施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測中，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的整體鋼平臺施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測方法，以輔助監(jiān)理人員對鋼平臺施工過程安全性進(jìn)行定量監(jiān)理（圖1）。

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

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)，對物的感知也是通過傳感器實現(xiàn)的。因此，本方法先將測風(fēng)傳感器部署于鋼平臺頂部通風(fēng)處，測平傳感器部署于鋼平臺頂層頂板上，測直傳感器部署于塔吊側(cè)壁上，測振動傳感器部署于布料機(jī)機(jī)身底部，測高傳感器部署于施工升降機(jī)上。然后將各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)[7]無線接入到物聯(lián)網(wǎng)云平臺。物聯(lián)網(wǎng)云平臺一方面接收前端的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲管理，另一方面向后臺服務(wù)器提供監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)。服務(wù)器接收來自物聯(lián)網(wǎng)云平臺的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析處理，通過可視化界面實時顯示監(jiān)測數(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)警門限，以保證施工安全。

3 方法的驗證與分析

3.1傳感器部署

為了驗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開展施工安全監(jiān)理定量監(jiān)測試驗。將5種傳感器部署于鋼平臺的不同位置，分別監(jiān)測環(huán)境風(fēng)速、鋼平臺平整度、塔吊垂直度、布料機(jī)振動強(qiáng)度及施工升降機(jī)的高度。每個傳感器都集成在一個單片機(jī)上，單片機(jī)上還集成了NB-IoT模塊，傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，通過NB-IoT模塊發(fā)送給服務(wù)器。

3.2狀態(tài)監(jiān)測與結(jié)果分析

將傳感器部署好后，開展連續(xù)數(shù)周的5種關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測。通過監(jiān)測結(jié)果分析，開展鋼平臺施工安全定量監(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個鋼平臺上塔吊的垂直度監(jiān)測結(jié)果?？梢钥闯?，2個鋼平臺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4‰的跳躍與監(jiān)測設(shè)備隨機(jī)誤差或塔吊負(fù)重后的瞬時偏移有關(guān)。

圖2 塔吊垂直度監(jiān)測結(jié)果

3.2.2 布料機(jī)振動強(qiáng)度

2個監(jiān)測點的監(jiān)測結(jié)果（圖3）表明，布料機(jī)在非工作狀態(tài)下的振動強(qiáng)度均小于2。布料機(jī)在布料作業(yè)時，振動強(qiáng)度明顯增大，最大可達(dá)10以上，說明此時布料機(jī)可能處在工作狀態(tài)。部署的振動傳感器能很好地監(jiān)測布料機(jī)的振動強(qiáng)度，為施工安全監(jiān)理提供依據(jù)。

圖3 布料機(jī)振動強(qiáng)度監(jiān)測結(jié)果

3.2.3 鋼平臺的平整度

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

圖4 鋼平臺平整度監(jiān)測結(jié)果

3.2.4 施工升降機(jī)高度

施工升降機(jī)的高度監(jiān)測結(jié)果盡管存在一定的誤差，但總體的升降變化趨勢是明顯的。選取26日11時—17時上海項目鋼平臺爬升階段施工升降機(jī)高度監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果（圖5）表明，在鋼平臺爬升作業(yè)的全過程中，施工升降機(jī)經(jīng)歷了10次升降，經(jīng)與施工方核實，前7次升降時，鋼平臺還沒有爬升，正在做準(zhǔn)備工作，需要提升班組人員陸續(xù)上鋼平臺，其他班組撤離，施工升降機(jī)需分批運送。第8次和第9次施工升降機(jī)升降時，鋼平臺第1行程已經(jīng)結(jié)束，正在做受力轉(zhuǎn)換，鋼平臺處于靜止?fàn)顟B(tài)，施工升降機(jī)接送來不及撤離的人員撤離。第10次升降時，鋼平臺第2行程已經(jīng)結(jié)束，準(zhǔn)備封閉閘板，做最后的收尾工作，此時液壓工程師身體不適，提前到6層乘人貨梯撤離?？梢姡瑴y高傳感器完整地監(jiān)測到了鋼平臺爬升階段施工升降機(jī)的狀態(tài)，施工方對此期間施工升降機(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 上海項目鋼平臺爬升階段施工升降機(jī)高度監(jiān)測結(jié)果

3.2.5 環(huán)境風(fēng)速

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

圖6 環(huán)境風(fēng)速監(jiān)測結(jié)果

4 結(jié)語

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