高层建筑倾斜检测方法的思考

2018-03-31陈立樟

四川水泥 2018年3期

陈立樟

(福建省建筑科学研究院，福建福州 350025)

0 前言

在传统的建筑施工过程中，为了能够对高层建筑的倾斜情况进行检测，一般采用免棱镜全站仪的方法，随后又出现了坐标观测倾斜拐角线的方法。前者虽然拥有悠久的使用历史和成熟的检测方法，但是对建筑拐角点的判断存在误差，后者在其基础上利用拐角线实现坐标测量，但是计算过程十分复杂，不适宜大面积推广。本文在对两种方法进行综合后，提出了利用系统平台建设的方式实现倾斜检测。

1 倾斜检测系统框架设计

1.1 系统设计背景

随着产业革命和人口数量不断的增长，在现有的城区中通过建筑的方式获得更大的使用面积是现代建筑工作的重要工作内容。基于这一要求，高层建筑开始涌现出来。在以往对于建筑等级进行评定的研究中，一般遵循1972年国际高层会议对高层建筑的定义，认为 25-40层的建筑即为高层建筑，超过这一标准即为中高层建筑或超高层建筑。随着建筑产业的发展，这一标准被逐渐取缔，1995年我国出台的《高层民用建筑防火规范》（GBJ45-82）[1]中，认为 250m高度以上的建筑才被认为是高层建筑，这部分建筑在结构上和施工工艺上与低层建筑有着较为明显的差异，主要目的在于解决高层建筑所受到的自然条件和地质条件的影响。

1.2 系统任务

但不可否认，高层建筑在建筑稳定性方面相较于低层建筑而言仍然较差，在一旦发生倾斜就会影响建筑物的使用寿命，甚至会酿成工程事故。为了解决这一问题，建筑业科研人员提出了高层建筑的倾斜检测。本文所进行的系统平台建设正是基于这一目的而开展的，系统整体性能需要满足建筑物实时状态的精确判断、建筑物与倾斜度设定值的对比、建筑物出现倾斜超标时发出预警。

1.3 上下机位系统组成

系统选用了单片机技术，通过上下机位的分离方式完成对高层建筑的倾斜信息监测。其中，下机位作为信息采集端，需要通过相应的设备对高层建筑所处的环境中的温度、湿度、风速、风向进行监测，由单片机对所获得的数据进行分析和计算，将计算结果显示在液晶显示屏幕上，并利用接口电路将数据实时传输到上机位。上机位为建筑部门的监控中心，负责高层建筑倾斜度标准预设值的设定和对建筑倾斜存在问题进行研究处理。在预先设定的倾斜度标准值中，下机位单片机一旦发现实时监测数据超过标准值，就会自动生成预警信号，向上机位传递警告信息，请求上机位的处理。

2 倾斜检测系统硬件设计

2.1 硬件功能

通过系统架构设计可以看出，系统硬件的设计需要具备几个方面的功能。首先，为了能够实现高层建筑的信息采集，硬件系统需要具备自然信息、建筑信息等数据采集功能，通过不同应用环境传感器设备的搭建，使系统能够完成前端的信息采集，提供具有时效性的建筑数据。其次，进行数据处理的数据分析，需要拥有合适算法的处理器，通过处理器的运算使建筑数据和环境监测数据进行整合分析，从而得出建筑存在的倾斜情况数据，并完成与预先设定的标准值的对比，了解建筑的实时状态。第三，系统需要完成数据结论的显示，显示内容应当包括实时的温度、湿度、建筑纵横向角度、达到设定数值的次数、风向、风速等信息，帮助管理人员进行判断[2]。最后，还需要借助报警装置来完成报警信息的传递。

2.2 硬件选型

信息采集端，系统主要需要完成的信息采集内容包括自然环境中的温度、湿度和风向风速等。其中，温度和湿度的检测可以分别选用温度传感器和湿度传感器。本文在进行系统构成设计时选用了DS型号传感器，在该型号传感器中，数字温度计利用单线接口实现多点分布式的检测。风向、风速的检测则可以利用气象大风车完成。在大风车中，可以装设入霍尔元件、光栅感应器等设备，使之能够完成纵向值和横向值的A/D转换，分析得出风向指示。

此外，信息采集还需要对建筑的实时倾角情况进行检测，本文选用了 WQ型号高精度倾角传感器，通过过横向和纵向的布置，使组件和重力摆结构能够提升精度，获取相关的数据信息。

单片机作为微控制器和处理器，需要完成对采集数据的分析和描述。本文选用了16位高性能指令单片机HT46，在该单片机中，A/D转换模块能够同时完成40个双向输入/输出信号的转换；还加入了数据分析装置。该装置能够将上机位的存储信息进行调用，并与下机位采集数据相结合，完成针对高层建筑的晃动曲线、受力曲线的绘制，从而对高层建筑的角度变化情况和变化规律进行分析。

3 倾斜检测系统软件设计

3.1 系统流程

上机位控制系统软件设计时选用了C语言作为软件设计语言，在系统当中，操作管理人员，通过界面操作开始指令下机位进行当前信息监测，在完成监测后，对数据进行整理，完成判断，并分析建筑当前倾斜角度是否超出了预先设定的标准值，如果超出标准值，则上机位报警蜂鸣器发出蜂鸣警报，提醒管理人员及时处理；未超过标准值，则在显示器当中，显示当前分析数据，并形成分析报告，存储入历史档案当中，方便管理人员随时调取。

3.2 功能模块

为了方便管理人员对系统进行操作和使用，本文在系统设计的过程中选择使用了功能模块化设计，通过不同的模块来完成不同的功能。在高层建筑检测系统内部，系统共设计了四个功能模块，分别为信息搜集模块、数据分析模块、显示模块和查询模块。管理人员登录到系统后，系统会在界面显示模块内容[3]。管理人员根据操作需求点击模块按钮选择相应的功能，模块开始运作。其中，信息搜集模块主要完成对下机位的指令发布，使传感器开始实时的信息采集。当采集完成后，系统会出现提示，管理人员点击数据分析模块按钮，单片机即开始进行数据分析，并通过显示模块将分析结果和高层建筑倾斜趋势进行展示。管理人员可以在查询模块当中对以往的分析数据进行调阅，并对数据进行打印。

4 倾斜检测系统功能实现

某高层建筑共计55层，楼高260m，管理人员利用检测系统对该建筑的倾斜角度进行为期 6个月的检测。根据所处地基情况和所在地的自然条件，管理人员预设了倾斜标准值为 35mm，总倾斜率上限 2.0%。在监测周期内，利用系统分析得到了各个月份的倾斜数据和倾斜变化规律，总结出这 6个月内建筑总倾斜量稳定在27-31mm区间内，总倾斜率未超过1.3%。在受到夏季季风影响下，倾斜度稍有上升，但仍维持在标准值以内。