唐强达 康 勇 李德辉

上海建科工程咨询有限公司 上海 200032

整体钢平台（integral steel platform system，ISPS）是应用于高层、超高层建筑核心筒施工的一种新型技术装备[1]。随着超高层建筑的发展，建筑设计中越来越多地采用复杂多变的体型及结构体系，给超高层建筑施工带来了较大的挑战。整体爬升钢平台模架装备具有整体性强、机械集成化程度高、施工安全性能好等特点，是目前我国超高层建筑结构广泛采用的核心施工装备[2]。

使用整体钢平台进行超高空作业过程中需在“搁置—爬升”两种状态间反复切换[3]，存在发生重大安全事故的可能，许多学者针对整体钢平台施工安全性开展了研究。沈阳等[4]采用最不利条件下结构变形作为评估整体钢平台安全风险特性的核心指标，建立了整体钢平台变形预警指标体系；吴水根等[5]通过建立整体爬升式钢平台模架简化分析模型与精细化分析模型，分析了搁置状态下底部牛腿及侧向顶墙导轮对钢平台整体受力的影响，提出了相应的分级控制指标及加固建议。以上研究一定程度上从施工方角度提升了整体钢平台施工过程中的安全性。作为监理方，对整体钢平台的施工作业进行安全施工监理是超高层建筑施工监理的重要内容。

目前，从监理的角度探讨整体钢平台安全性监测方法的研究还很少。本文研究并提出一种基于物联网的整体钢平台施工安全实时定量化监测方法，旨在提升整体钢平台施工安全监理的信息化、智能化水平，进一步提升整体钢平台施工的安全性。

1 需求分析

1.1钢平台的平整度监测

钢平台是超高层建筑施工的最主要场所，施工材料都堆放在钢平台上，施工人员往来频繁，钢平台的倾斜会酿成重大安全事故，必须保证钢平台的平整度在允许的范围内。因此，实时监测钢平台的平整度，并在钢平台平整度超过允许范围时及时预警，对施工监理来说不仅具有必要性，而且具有紧迫性。

1.2塔吊的垂直度监测

塔吊是附着于钢平台上起吊建材的关键设备，塔吊在工作过程中必须保证塔吊主体与地面基本保持垂直（倾斜度不高于4‰）。

1.3布料机的振动强度监测

布料机的振动影响钢平台稳定性，需要监测各种状态下布料机机身的振动强度，保证振动强度在允许范围内。

1.4施工升降机升降监测

施工升降机需要频繁升降，运送施工人员和建筑材料到钢平台上，但在钢平台爬升阶段，施工升降机必须静止在最底层，以保证钢平台爬升时的安全。监控钢平台爬升阶段施工升降机的高度具有必要性。

1.5环境风速监测

钢平台是一种高空附着物，当环境风速大于一定级别时，钢平台的稳定性会受到影响。此时，继续施工存在极大的安全隐患。因此，需要监测环境风速，以便监理方有效监测施工方是否在安全状态下施工。

2 基于物联网的整体钢平台施工安全定量监测

从整体钢平台施工安全监理的需求可以看出，对整体钢平台施工过程安全性的监理主要包括钢平台的平整度、塔吊的垂直度、布料机的振动强度、施工升降机的高度及施工环境风速。当前，监理方对这些设施及环境状态的监理缺乏科学、有效的手段。目前普遍采用的监理人员现场“督导”的方法不仅需要大量的人力，而且凭人的主观判断只能监督施工过程的规范性，无法监测设备的状态并及时发现设备存在的潜在风险。物联网的兴起使得物物互联、万物感知成为可能[6]。本文将物联网技术应用于整体钢平台施工安全监理定量监测中，提出一种基于物联网的整体钢平台施工安全监理定量监测方法，以辅助监理人员对钢平台施工过程安全性进行定量监理（图1）。

图1 基于物联网的整体钢平台施工安全监理定量监测

物联网架构中物物互联的本质是部署于物体上的传感器的互联，对物的感知也是通过传感器实现的。因此，本方法先将测风传感器部署于钢平台顶部通风处，测平传感器部署于钢平台顶层顶板上，测直传感器部署于塔吊侧壁上，测振动传感器部署于布料机机身底部，测高传感器部署于施工升降机上。然后将各传感器监测数据通过NB-IoT网络[7]无线接入到物联网云平台。物联网云平台一方面接收前端的监测数据，对接收到的数据进行存储管理，另一方面向后台服务器提供监测数据服务。服务器接收来自物联网云平台的数据，对数据进行智能分析处理，通过可视化界面实时显示监测数据与分析结果，并按监理行业设备安全性施工标准设置预警门限，以保证施工安全。

3 方法的验证与分析

3.1传感器部署

为了验证本方法的可行性和有效性，分别选择上海和宁波2座在建超高层建筑的钢平台开展施工安全监理定量监测试验。将5种传感器部署于钢平台的不同位置，分别监测环境风速、钢平台平整度、塔吊垂直度、布料机振动强度及施工升降机的高度。每个传感器都集成在一个单片机上，单片机上还集成了NB-IoT模块，传感器监测到的数据经单片机处理后，通过NB-IoT模块发送给服务器。

3.2状态监测与结果分析

将传感器部署好后，开展连续数周的5种关键参数的监测。通过监测结果分析，开展钢平台施工安全定量监理。

3.2.1 塔吊垂直度

图2（a）和图2（b）分别为上海和宁波2个钢平台上塔吊的垂直度监测结果。可以看出，2个钢平台上塔吊的垂直度总体都保持在4‰以下，满足施工规范规定的塔吊垂直度不得大于4‰的要求，局部出现的超过4‰的跳跃与监测设备随机误差或塔吊负重后的瞬时偏移有关。

图2 塔吊垂直度监测结果

3.2.2 布料机振动强度

2个监测点的监测结果（图3）表明，布料机在非工作状态下的振动强度均小于2。布料机在布料作业时，振动强度明显增大，最大可达10以上，说明此时布料机可能处在工作状态。部署的振动传感器能很好地监测布料机的振动强度，为施工安全监理提供依据。

图3 布料机振动强度监测结果

3.2.3 钢平台的平整度

图4为2座在建超高层建筑施工钢平台平整度监测结果。2座钢平台平整度良好，可为施工提供安全保障。

图4 钢平台平整度监测结果

3.2.4 施工升降机高度

施工升降机的高度监测结果尽管存在一定的误差，但总体的升降变化趋势是明显的。选取26日11时—17时上海项目钢平台爬升阶段施工升降机高度监测结果进行分析，结果（图5）表明，在钢平台爬升作业的全过程中，施工升降机经历了10次升降，经与施工方核实，前7次升降时，钢平台还没有爬升，正在做准备工作，需要提升班组人员陆续上钢平台，其他班组撤离，施工升降机需分批运送。第8次和第9次施工升降机升降时，钢平台第1行程已经结束，正在做受力转换，钢平台处于静止状态，施工升降机接送来不及撤离的人员撤离。第10次升降时，钢平台第2行程已经结束，准备封闭闸板，做最后的收尾工作，此时液压工程师身体不适，提前到6层乘人货梯撤离。可见，测高传感器完整地监测到了钢平台爬升阶段施工升降机的状态，施工方对此期间施工升降机的每一次升降都给出了合理的解释。本系统起到了很好的辅助施工监理的作用。

图5 上海项目钢平台爬升阶段施工升降机高度监测结果

3.2.5 环境风速

从图6可看出，部署于2个钢平台上的风速传感器基本能监测出钢平台上局部风速的变化。图6（b）中，22日—28日存在一次明显的风速异常增大过程，与此时期宁波经历的一次台风过程吻合，说明本监测方法能较好地反映环境风速的变化，为监理方监测施工环境条件提供依据。

图6 环境风速监测结果

4 结语

本文提出了一种基于物联网的整体钢平台施工安全定量监测方法，并分别在上海和宁波2个在建超高层建筑施工工地开展了方法的试验验证与分析，证实了该方法的可行性与有效性。本方法可以辅助监理人员开展超高层建筑施工过程中整体爬升钢平台的安全监理，提高监理过程的信息化、智能化水平，提升监理的时效性和准确性，达到及时发现安全隐患，指导安全生产的目的。