房屋安全自动化监测专项方案.docx

房屋安全自动化监测技术
1. 房屋安全监测及其必需性

2. 常见房屋安全问题及其产生原因
2.1温度裂缝
是由温度改变引发变形裂缝，温度改变会引发材料热胀、冷缩，当约束条件下温度变形引发温度应力足够大时，墙体就会产生温度裂缝。最常见温度裂缝是在混凝土平屋盖房屋顶层两端墙体上，如门窗洞边正八字斜裂缝，平屋顶下或屋顶圈梁下沿砖（块）灰缝水平裂缝，和水平包角裂缝（包含女儿墙）。造成平屋顶温度裂缝原因是，顶板温度比其下墙体高得多， 而混凝土顶板线胀系数又比砖砌体大得多， 故顶板和墙体间变形差，在墙体中产生很大拉力和剪力。剪应力在墙体内分布为两端较大，中间渐小，顶层大，下部小。 温度裂缝是造成墙体早期裂缝关键原因。 这些裂缝通常经过一个冬夏以后才逐步稳定，不再继续发展，裂缝宽度伴随温度改变而略有改变。
2.2地基不均匀沉降
伴随地下空间开展，和地下水等较为复杂地质结构，造成地基不均匀沉降。房屋表现在墙体中下部区域斜裂缝。建筑中部压力相互影响高于边缘处，且边缘处非荷载区地基对荷载区下沉有剪切阻力作用，故地基受到上部传输压力时，地基反力在边缘区较高，引发地基沉降变形呈凹形。这种沉降使建筑物形成中部沉降大、端部沉降小弯曲．结构中下部受拉，端部受剪，当端部剪应力较大时，墙体因为剪力形成主拉应力破裂，裂缝经过窗口两个对角向沉降较小方向倾斜。垮塌梁带动周围预制板一起下落，预制板下落造成其相邻梁失去侧向支撑，在地震作用下向掉落预制板一侧发生偏移；发生侧移梁又造成其上下墙体损毁、坍毁、墙体垮塌后，造成其它墙体压力增大，引发结构连续坍毁后，出现大面积垮塌，另外，坍毁梁下部和门窗角部开裂较严重。梁下部开裂是因为梁在水平力作用下有发生转动趋势，会造成周围砖墙开裂；而门窗角部开裂是因为角部应力集中造成。墙体中下部区域水平裂缝。因为墙体中上部受压并形成“拱”作用，墙体裂缝越靠近地基和门窗越严重，且中下部开裂区上侧墙体有自重下坠作用，造成垂直方向拉应力。当垂直方向拉应力超出块材和砂浆之间粘结强度时，就形成了水平裂缝。
2.3结构物应力改变
早期房屋结构因其建筑年代久远，建筑材料经过长久老化性能衰减，不合理使用、拆改承重结构等原因，造成整体性差，结构松散，一旦受外力如震动、地基沉降影响，将对安全使用造成巨大隐患，所以对于判定为 C\D 级危房。
2.4沿海城市风荷载破坏
风是紊乱随机现象，对建筑物作用十分复杂，是结构设计中肯定考虑原因。伴随经济发展,多年来高层建筑尤其是体型复杂超高层建筑得到了蓬勃发展。通常而言，高层建筑物占地面积少，建筑面积大，造型独特，相对集中。这一特点使得高层建筑物在人口稠密大城市快速发展。不过高层建筑物上风荷载也越来越大，造成水平荷载不停增大。所以，高层建筑物需要较大承载力和刚度来处理水平荷载问题。
尤其是对于沿海城市房屋建筑，长久受风荷载作用，首先引发建筑物表面风化，海风、海水中携带盐分加速了钢结构和结构钢筋腐蚀；其次，风荷载是一个非周期性动荷载，对建筑物尤其是古旧建筑物结构安全产生很大影响，长久作用会降低结构承载力，加速建筑裂缝发展，降低结构寿命。
2.5周围工地施工不利影响
伴随中国经济快速发展和旧城区改造推进新建房屋规模越来越大建筑物相邻间距离也越来越近，常常会出现新建房屋施工对周围建筑物产生不利影响尤其是对部分建造时间久、建筑标准低民房影响尤为严重。关键有：桩基影响，各类挤土桩施工对周围房屋地基产生扰动；深基坑开挖施工中，假如没有采取刚度较大基坑支护结构，基坑变形大，会使周围房屋产生倾斜、开裂；施工过程中降水会使周围房屋地基沉降；施工中振动可能造成周围地基土液化；新建房屋荷载造成地基沉降引发周围建筑物沉降或倾斜。
3.监测依据
（1）《建筑变形测量规范》 （JGJ 8-）；
（2）《工程测量规范》 （GB 50026-）；
（3）《建筑地基基础设计规范》 （GB 50007-）；
（4）《民用建筑可靠性判定标准》 （GB 50292-1999）；
（5）《危险房屋判定标准》 （JGJ125-99）；

4.分项监测方案及其原理
4.1建筑物不均匀沉降
4.1.1传统人工监测手段
因为多种原因，建筑地基可能产生不均匀沉降，这时需要对建筑物进行长久有效实时监测，设置必需安全预警值。常见方法是用水准仪进行观察监测，水准仪监测步骤以下：
①、建立水准控制网
依据工程特点布局、现场环境条件制订测量施测方案，由建设单位提供水准控制点(即基准点)依据工程测量施测方案和布网标准要求建立水准控制网。要求：
(1)在建筑物周围部署三个以上水准点（即工作基准点），水准点间距小于100米。
(2)在场区内任何地方架设仪器最少后视到两个水准点，而且场区内各水准点组成闭合图形，方便闭合检校。
(3)各水准点要设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外，水准点布设要符合二等水准测量要求。
依据工程特点，建立合理水准控制网，和基准点联测，平差计算出各水准点高程。
②、建立固定观察路线
由场区水准控制网，依据沉降观察点埋设要求或图纸设计沉降观察点布点图，确定沉降观察点位置。在控制点和沉降观察点之间建立相对固定观察路线，并在架设仪器站点和转点处作好标识桩，确保各次观察尽可能沿统一路线。
③、沉降观察
首次观察在观察点安稳固后开始。首次观察沉降观察点高程值是以后各次观察用以比较基础，其精度要求高，施测时用精密水准仪，而且要求每个观察点首次高程应在同期观察两次后取平均值。观察周期根据前述观察时间要求进行。
④、将各次观察统计整理检验无误后，进行平差计算，求出各次每个观察点高程值。从而确定出沉降量。
⑤、统计表汇总
(1)、依据各观察周期平差计算沉降量，列统计表，进行汇总；
(2)、绘制各观察点下沉曲线；
(3) 依据沉降量统计表和沉降曲线图，估计建筑物沉降趋势，将建筑物沉降情况立即反馈到相关单位或部门，正确地指导施工。
4.4.2自动化监测手段
传统方法在利用上有很多不足。比如周围事物遮挡，天气影响，人为误差，汇报编写繁琐等。然而恶劣天气往往是危险最大时候，利用自动化采集方案就能够避免这些问题，先介绍下最新式液压式静力水准仪。
液压式静力水准仪依据连通管原理方法，用液压静力水准仪内压敏传感器测量每个测点相对和端头液位罐相对高差，再设定某个相对稳定测点为基准点，再经过计算求得各点相对于基点相对沉陷量。
沉降计算方法：
测点：初始测量值—目前测量值=沉降改变值
基点：初始测量值—目前测量值=基点改变值
沉降改变量计算：沉降改变值--基点改变值X-1=最终沉降值
该产品采取镁铝合金外壳设计，外观尺寸高111.3*90.8*52产品采取比较人性化预留透明观察孔，可随时查看目前液体位置和有没有液态气泡，同时设计有镇压自锁排液装置，当有气泡时可随时进行排气处理，操作简单快捷人性化设计，接线口采取航空插头，含有很高防水特征整体防护等级IP67，联通管接口采取标准开启连接件连接，抗压等级达成2MPa，整个传感器设计防水防震、含有特种条件下使用。使用寿命高达5年以上，而且能够反复使用一致性高，内置嵌入式式航空高精度硅压传感芯片。量程可达0.2~mm，精度±0.2mm，分辨率0.001mm，绝对满足现场实际工程测量要求。
组成部分也很简单，以下：
储液罐，连通管，静力水准仪，采集主机，GPRS上传模块（DTU）

测点分布情况

数据采集步骤情况
精力水准仪安装前注意事项要求：
1、安装前对基点选择要求，要求基点原理测点距离尽可能＞15m相对稳定无振源干扰。落差小于2m。测点之间间距依据设计要求进行部署。
2.安装前对传感器进行ID地址确定，而且统计在PC机软件内，将所全部要安装传感器联机测试10分钟，安装时根据ID编号次序和测点位置确定传感器。
传感器示意图

连通管连接方法
3、测点传感器采取膨胀螺栓固定安装而且要求固定牢靠，然后将液体连通管串联至每个测点传感器，基点、储液罐相连接闭合，液体接口处螺丝锁死固定要求无漏液。
4、气压平衡管采取液体联通管一样连接方法串联，然后和基点、储液罐联通。
传感器信号线连接方法：
5、通信电缆连接，线缆采取双绞屏蔽PU4*0.4防滑电缆，颜色分白色信号- 黄色信号+ 黑色12v-红色12v+ 采取接线盒根据线缆颜色对应连接至接线盒，连接方法采取穿蓝测点基地串联方法通信、然后和采集仪相连。
6、液体添加不一样监测环境所对液体要求也不一样，推荐两种液体，第一个为自来水，蒸馏水、通常采取该类液体首先要确定环境温度变换小于10度，液体膨胀系数子啊控制范围之内不会结冰上冻。
7、防冻液+自来水、百分比1:1 该液体通常见在北方严寒地域温度范围-20°-30°使用。关键目标预防液体结冰上冻。
8、液体添加有储液罐一处添加，添加液体时后端测点传感器气门打开确保能够有空气排出液体添加时应确保连通管、传感器内尽可能没有气泡。气泡最大直径小于2mm。这么传感器稳定相更有保障。气泡排出方法，采取气门下压即可排出。
4.2建筑物倾斜监测
4.2.1建筑物倾斜传统监测方案
传统人工观察方法很多，利用全站仪、经纬仪、水准仪、激光铅直仪等。常见方法有：
  1 投点法。观察时，应在底部观察点位置安置水平读数尺等量测设施。在每测站安置经纬仪投影时，应按正倒镜法测出每对上下观察点标志间水平位移分量，再按矢量相加法求得水平位移值(倾斜量)和位移方向(倾斜方向)； 
  2 测水平角法。对塔形、圆形建筑或构件，每测站观察应以定向点作为零方向，测出各观察点方向值和至底部中心距离，计算顶部中心相对底部中心水平位移分量。对矩形建筑，可在每测站直接观察顶部观察点和底部观察点之间夹角或上层观察点和下层观察点之间夹角，以所测角值和距离值计算整体或分层水平位移分量和位移方向；    
3 前方交会法。所选基线应和观察点组成最好构形，交会角宜在60°～120°之间。水平位移计算，可采取直接由两周期观察方向值之差解算坐标改变量方向差交会法，亦可采取按每七天期计算观察点坐标值，再以坐标差计算水平位移方法。 
  4 激光铅直仪观察法。应在顶部合适位置安置接收靶，在其垂线下地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪，按一定周期观察，在接收靶上直接读取或量出顶部水平位移量和位移方向。作业中仪器应严格置平、对中，应旋转180°观察两次取其中数。对超高层建筑，当仪器设在楼体内部时，应考虑大气湍流影响； 
  5 测定基础沉降差法。在基础上选设观察点，采取水准测量方法，以所测各周期基础沉降差换算求得建筑整体倾斜度及倾斜方向。

4.2.2建筑物倾斜自动化监测方案
和沉降监测相同，传统方法也存在很多不足，不能实时正确反应出现场实际情况。
倾斜自动化监测方案：倾斜仪测记法。可采取电子倾斜仪进行观察。倾斜仪应含有连续读数、自动统计和数字传输功效。监测建筑上部层面倾斜时，仪器可安置在建筑顶层或需要观察楼层楼板上。监测基础倾斜时，仪器可安置在基础面上，以所测楼层或基础面水平倾角改变值反应和分析建筑倾斜改变程度。
采取进口关键控制单元，采取电容微型摆锤原理。利用地球重力原理，当倾角单元倾斜时，地球重力在对应摆锤上会产生重力分量，对应电容量会改变，经过对电容量处量放大，滤波，转换以后得出倾角。

角度输出计算公式：
角度= (输出电流－零点位置电流)÷角度灵敏度
角度灵敏度=输出电流范围÷角度测量范围
例： ±30° 测量范围 16mA输出电流范围
角度灵敏度= 16÷60=0.266666 mA/°
现在市面上超高精度倾角仪，分辨率可达 0.0005°，精度达 0.001°，温 漂为 0.0007°/℃, 产品输出 RS232， RS485 和 CAN 总线 多个接口可选，能够方便集成到用户使用环境中。

经过无线采集设备实时采集数据，把监测数数据传输至处理中心，经过分析数据得出结论。经过分布式物联网技术研发房屋倾斜变形监工具， 以远程无线方法实时被观察房屋倾斜变形动态改变，为房屋解危工作决议提供辅助支持。
安装注意事项
设备安装包含前端监测设备安装、用户端监控室设备安装和后台服务器安装。相关设备安装除遵守相关规程外， 严格根据设备说明书要求进行。 为了确保监测结果可靠性，在安装倾角传感器时候，必需确保传感器和接触面之间牢靠接触。为此，在设置倾角传感器时，必需采取足以确保在长久使用过程中传感器和接触面良好接触方法。安装中采取了固定螺丝和调平螺丝共同固定方法，即先用传感器底部固定螺丝固定，然后利用调平底角螺丝固定调平，确保传感器和接触面良好接触。倾角传感器安装步骤具体以下：
² 倾角传感器，在通常情况下，一个楼房安装 4 到 8 个监测点。水平固定在被监控楼房楼顶四个角和楼房底部四个侧面。传感器安装板要牢靠固定在墙体表面，降低动态和加速度对传感器影响；
² 尽可能将倾角传感器安装在阴凉恒温环境处，以降低温度对测量值影响；
² 首先尽可能平整安装表面，假如安装表面不平，还需要使用砂纸打磨；
² 确定传感器 XY 轴向，确保全部传感器安装朝向完全一致。然后利用固定螺栓加固传感器，使其和接触面紧密连接；连接笔记本，对传感器进行电子零位调整。以后即可进行监测。

某楼监测点部署图

倾角计监测点6个
4.3建筑物裂缝监测
4.3.1传统人工方案
传统方法：人工用游标卡尺进行测量，对裂缝宽度监测，可在裂缝两侧贴石膏饼、划平行线或贴埋金属标志等，采取千分尺或游标卡尺等直接量测方法；也可采取裂缝计、粘贴安装千分表法、摄影量测等方法。这些全部需要人天天去巡查统计。
4.3.2自动化采集方案
裂缝自动化处理方案也比较简单，安装裂缝计对裂缝进行实时监测裂缝发育情况即可。现在数码信号裂缝计也有相当不俗精度。量程：50-300mm，精度：0.1mm，分辨率：0.01mm，通信：RS485
然后将信号接入采集仪中，经过GPRS网络传输到对应平台上。
5. 项目自动化监测平台
5.1自动化监测项目总述

: 倾角计
：静力水准仪
: 裂缝计
：采集仪

如上图所表示，房屋监测三大项内容，不均匀沉降，建筑物倾斜，表面裂缝，均可采取自动化监测手段，同时测试精度之高，数据采集实时性，连续性，和问题反应直观性，是人工采集无法比拟。现在传感器均可制作成数码信号，方便数据传输。这么一来一台数据采集仪就能够将全部数据整合起来，再经过GPRS(DTU)模块进行无线传输到云端服务器，然后经过网络，各级工作人员就能够在电脑上看到实时数据。这是互联网+时代产物。
5.2自动化系统检测平台实例
经过优异信息化技术手段利用，经过对楼房倾斜变形过程中数据采集、数据传输、数据处理和异常超标报警，实现楼房实时加密监测，实现对指定楼房危险性排查和筛选。 本方案是一套完整倾斜变形监测、 集中报警、 远程报警系统处理方案。 关键特点有：
（1）系统提供多个报警方法和灵活报警策略
² 提供当地报警方法包含计算机界面醒目颜色改变、当地声音报警、当地报警指示板上灯光报警指示、也能够根据要求定制 LED 报警指示；提供远程报警方法包含短信报警、电话语音报警、电子邮件通知。
² 报警策略灵活设置，方便使用者能依据监测设备或监测指标关键性，进行延时报警、分级报警、和报警升级后使用不一样方法给不一样管理员报警。不一样设备或指标，对应不一样报警策略。每一个报警策略，许可设定三个报警等级，每个报警等级许可设置当地声音报警、 当地灯光报警、 和给不一样多个手机号码进行远程短信报警。一旦设备出现报警异常情况或监测指标出现异常情况，立即根据设定报警策略进行报警。
（2）系统工作状态监测
² 提供独立于服务器安全预警机制，能够实时监测服务器性能、实时监测数据库性能、实时监测应用软件平台状态、实时监测网路状态、实时监测采集设备工作状态，确保系统稳定运行。当服务器异常、数据库异常、应用程序异常、网络中止、采集设备异常时，立即发短信报警，并经过指示灯告之管理人员。
² 提供软件看门狗机制。当服务器出现问题或人为误操作，造成核提供软件看门狗机制。当服务器出现问题或人为误操作，造成关键程序退出或死锁时，软件看门狗能够重启系统，确保系统 24 小时正常工作。
（3）系统其它特点
² 系统集倾斜监测、环境温度监测、断电报警、消防报警等于一身，能够扩展增加裂缝监测、沉降监测、楼房自由频率监测等手段，以反应楼房结构改变。系统借用人人全部随身带有手机作为接收报警工具，突出远程监测和远程报警理念，是优异系统，同时又是实用系统。
² 支持多个监控终端接入，适合较大范围多个分散场景集中监控和集中报警；系统扩展灵活，能够方便以后系统扩展。
² 对于任何监测指标，可设置为永久布防、自动布防和手动布防多个模式，以适应不一样监测要求；对于自动布防监测指标，系统会在非工作时间自动进行报警，而在工作时间停止报警；每个监测指标能够进行多个方法进行布防和撤防，支持电话远程撤防、短信远程撤防和布防、计算机布防和撤防等；方便适应在工作加班时监测报警要求。
² 提供实用报表，提供手动打印和报表自动打印功效；提供工作日志报表。
² 根据用户要求，进行系统定制开发，方便满足用户实际需求。包含系统界面定制开发和报表格式定制开发。能够根据用户要求，提供数据接口，方便使监测数据得到二次利用。
² 提供多个自定义界面，方便使用者能够自己定义界面显示方法和内容，随意增加三维图片、监测指标，方便能够清楚正确反应监测设备和监测指标之间拓扑关系。
（4）监控方法
安装在监控室监控主机实时监控在建筑上所连传感器数据，当监测指标异常时，监控主机独立进行远程报警；同时监控主机将监测数据经过 GPRS 上传到服务器。用户在监控室能够看到监控数据和报警情况；用户也能够使用自己办公电脑或手机，随时查看建筑状态数据。
（5） 系统结构示意图

（6）每幢建筑所需设备
² 监控主机：一幢建筑需要一台，内置市电监控。获取房屋倾斜了或偏移数据，或外加其它传感器数据，如震动传感器，进行短信报警，并上传数据。
² 倾角传感器：每幢建筑安装 4-8 套。能够选择 RS485 输出倾角传感器。传感器连在监控主机上，由监控主机提供电源，无需另外供电。震动传感器：可依据预算选择，可单独安装或选择带有采集震动信息倾角传感器，连在监控主机上。
温度传感器：倾角传感器内置。
（7）监控中心所需设备
² 服 务 器：用于汇总各个监测场所监测数据，服务器上需要安装数据库系统，要求服务器含有固定 IP 地址，或租用我企业服务器。
² 系统软件：集中监控软件平台，用于算法配置、系统配置、数据存放/展示、集中报警。
² 报警设备：依据需要可选择短信报警器、语音卡、LED 显示器、声光报警指示板等。
（8）实现功效
每幢楼宇需要多个倾角传感器和一台监控主机。监控主机经过 GPRS 将采集数据输出进入因特网。中央服务器能够采集各台监控主机数据，实现全部场所监测数据汇总和集中报警。
管理员使用自己办公计算机，只需要在查看监测数据时，打开电脑，然后从中央服务器上读取数据即可。该计算机只能浏览自己权限内监测数据。
中央服务器上安装一套报警设备。监测软件采集到各个监控主机数据以后，进行实时判定，一旦发觉有异常数据，能够立即进行报警。
报警策略灵活设置，可让使用者能依据监测设备或监测指标关键性，进行延时报警、分级报警、和报警升级后使用不一样方法给不一样管理员报警。不一样设备或指标，对应不一样报警策略。每一个报警策略，许可设定三个报警等级，每个报警等级许可设置当地声音报警、灯光报警、LED 报警显示，和给不一样多个手机号码进行远程短信报警或电话语音报警。一旦设备出现报警异常情况或监测指标出现异常情况，立即根据设定报警策略进行报警。用户能够选择任意若干个监测指标进行平均值处理。根据平均值进行数据展示和报警，确保报警科学性和可靠性。提供关键指标阈值报警功效，方便在指标连续上升时，能够连续报警。显示界面示例以下：

说明：用户展示系统是用户能够看到界面。系统提供 B/S 结构用户展示界面，也提供C/S 结构维护平台。用户可在浏览器中查看全部楼房监控状态，用户可在任何能够进入Internet 要求输入用户名和密码，下面系统主界面全部是根据用户要求定制，能够依据实际要求在一定范围内进行修改。
描述：系统主界面是集中展示各个监测场所或模块通讯状态和工作状态界面。
以下面示意图所表示。

系统主界面包含：
l 标题：展示用户标示和系统名称
l 菜单：从菜单能够进入内容全部功效界面
l 地图显示：使用地图显示方法，显示各个楼房所在实际地理位置。并据此，能够查询
该楼房具体信息和监测数据。
系统为大屏幕显示器特制了全屏显示界面，在主界面按键盘上 F11、ESC 键后，进入
全屏显示界面。
全屏显示界面实时显示数据和曲线，包含：查询单个传感器两个倾斜率指标；查询
单个楼房全部倾斜率指标；查询单个楼房全部西倾倾斜率【或北倾倾斜率】指标；
根据时间间隔，能够查询当日、24 小时、48 小时、72 小时、一周、两周、30天、三个
月、六个月、十二个月改变曲线；能够查询同一指标在一周数据改变趋势线等。