全自动化无线多点式温测系统远程监测大体积混凝土内部温度施工技术

李青 黄展业 黄永忠 芦嘉怡

摘    要：随着我国科学技术和经济不断推进，我国城市建设正处于高速发展阶段，但是我国土地资源较为稀少，在建筑过程中需要采用更好的技术充分提高建筑物空间，建设大体积混凝土和超规模施工建筑物趋势越来越明显，大体积混凝土施工会因为内部温度的变化，热胀冷缩使得建筑物产生裂缝。因此，本文主要针对全自动化无线多点式温测系统远程监测大体积混凝土内部温度施工技术进行总结，从而有效防止大体积混凝土施工中受到内部的温度影响。

关键词：无线多点式温测系统;远程监测;大体积混凝土;内部温度

1  前言

大体积混凝土施工在各个建筑工程中的应用非常广泛，所谓大体积混凝土，在实际施工中主要包含两个概念：①大体量混凝土在实际修建中其最小几何尺寸不小于一米;②因胶凝材料水化，致使建筑内部出现温度变化，或材料收缩致使材料内部出现裂缝的混凝土。基础浇筑阶段，混凝土内部在逐渐凝固过程，会释放出大量的混凝土水化热，这些能量的释放会在建筑物内部表现出渐变的温度，逐渐呈现出高温差。加上建筑物内部，在不同位置，热量很难得到有效的释放，最终导致混凝土内外部产生拉应力和压应力，出现温度裂缝。裂缝的产生造成严重的安全隐患，上下裂缝严重会形成贯穿和渗漏，建筑物内的钢筋会因为裂缝接触空气，逐渐反应出现锈蚀。这些不利因素直接对混凝土的耐久性造成影响，本应该有70年使用寿命的建筑，可能会因此埋下重大隐患。因此，本文以北京南宁大厦项目为例，总结全自动化无线多点式温测系统远程监测大体积混凝土内部温度施工经验，供同类工程参考。

2  工程概况

北京南宁大厦项目，总建筑面积为35000m2，主楼采用筏板基础，筏板厚度2.0m～3.0m，裙楼及地下室部分采用独立基础，局部基础采用螺旋灌注桩基础，底板厚度为800mm。为了保证本项目筏板及底板大体积混凝土的施工质量，计划底板、筏板、楼板、剪力墙砼计划采用“跳仓法”施工，设置水平施工缝，对底板进行分层次分块浇筑。对部分区域G仓分区建筑基础及主体筏板混凝土浇筑完成后对筏板进行温度监测，利用无线多点式全自动化远程测温技术，及时掌握混凝土块体内部温度的实时数据以及变化规律。

3  技术原理

提前预埋多个自动化监测元器件，通过多通道振弦采集器对多个温度传感器数据进行采集，由GPRS数据采集终端无线发送数据至云服务器，系统调取云服务器的温测数据进行处理，通过系统可实时查看采集数据，并形成直观的温差曲线图和出具报表数据，实现全自动化远程监测温度。此外，当系统发现大体积混凝土各监测点或与大气温度之差超过一定数值的时候，可实现自动报警，并通过手机短信的方式及时通知相关负责人，指导项目部结合实际情况和科学依据，制定出对应的措施，更好的将混凝土的内外温差控制在可掌握范围内，在临界值之上完成建筑物的浇筑，降低温差应力造成裂缝的概率[1]。

4  施工工艺

4.1  施工工艺流程

监测元器件的选择→编制监测方案→测温点位布设→温度传感器埋设及线缆安装→监测方法及频率→系统登录、操作培训→监测数据及展示→信息收集反馈及应急措施。

4.2  监测元器件的选择

WD120温度传感器：作为一种埋入式传感器，这种传感器在监测领域中已经有成熟的应用，在建筑行业内，这种传感器主要是对混凝土施工进行温度控制、对水工建筑物进行温度测量。从结构上分析，坚硬的不锈钢外壳内包含着核心器件：半导体热敏电阻，配上专用电缆，故而具备了四项优异的性能：①超高防水性;②超高的灵敏度;③使用精度非常准确;④设备可靠性值得信赖。

F16多通道振弦采集仪是专业的温度传感信号采集仪，可对16通道振弦频率，16通道热敏电阻，16通道通用标准电压或电流信号进行实时在线采集，自动定时采集存储。一路可调电源输出为模拟传感器定时供电，可将16路振弦频率信号实时转换为模拟电压或电流信号。FD01单通道振弦采集仪原理与F16多通道振弦采集仪相同，但只能传输一条通道一个温度传感器的数据，当温度传感器多于16个的时候，可考虑采用。

JH-RS485 GPRS无线数据采集终端一般应用MODBUS协议：串口数据与IP数据能够通过SIM卡联网后，连接服务器中心，从而使得二者能够很好的实现转换，实现数据通讯和管理。支持各类组态软件和自编程软件的对接，最终通过无线通信GPRS/3G/4G网络进行数据传输的无线终端设备（业内简称DTU）。

使用出厂标定并在有效期内的监测元器件，按照先检验后安装监测元器件的原则，在进行检验并取得合格证后进行安装，并进行监测元器件的调试，能够正常工作才算完成安装;如有异常，需要重新安装或是更换监测元器件。

4.3  编制监测方案

为确保监测工作顺利展开需要将整个方案进行编制，全面了解工程概况，针对工程的特点以及监测的混凝土内部结构，对监测工作要点做出合理的安排，确定整个监测的方向，并指导整个监测工作的重点，起到统籌规划的目的。

4.4  测温点位布设

想要获得更加全面、更加准确的大体积混凝土内部的温度情况，需要根据实际的浇筑和体积大小进行测温点的埋设。其位置应该具有很强的代表性，一般选择部位应该满足以下五点：①温度变化大、②容易散热、③外界环境的影响会使得温度变化非常明显、④绝热温升最大、⑤在建筑体内呈现出的收缩拉应力相对最大，在测点布置上需要结合浇筑结构的断面尺寸和平面尺寸综合考量。

温度监测点的布置必须围绕以下三点展开：①混凝土块体里外温差能够真实呈现出来、②降温速度可呈现出来且具有很高的真实性、③环境温度。可参考以下几点：

（1）布置范围：矩形以对称轴线作为测温区，其余形状均可根据对称轴的半条轴线作为测温区。所有的测点均在测温区内进行选择完成布置。

（2）监测的位置和数量可遵循建筑体内部的温度场分布完成，根据温度控制的具体要求来确定。

（3）选择测温区完成测温点的布置，宜选择中心位置，将其均匀的布置，一般来说采用梅花形布置更好。

（4）外表温度测量先选定参照点，深入参照点内（100±50）mm处进行测量，所得的温度视作标准。

（5）表面温度测量，以混凝土浇筑块体底表面作为参照点，在其上方（100±50）mm处完成测量所得到的温度为准。

4.5  温度传感器埋设及线缆安装

在底板施工期间提前埋设温度传感器，温度传感器的线缆沿着钢筋走向布置，同时把线缆穿好PVC管，见图3。每隔两米左右用铁丝将管线绑扎在钢筋下方，在管线上方做好标识并交代工人注意避让。在预先选好的地方用弯头做好线缆的布置，将温度传感器垂直放置到所需监测部位，减少破坏。多通道振弦采集器或单通道振弦采集器、GPRS数据采集终端统一集中安装在电箱内，做好警示标识以及电源、线缆的保护，防止在施工过程中遭到破坏。温度传感器的线缆连接电箱内的多通道振弦采集器，对温度传感器进行数据采集，由GPRS数据采集终端上传数据至云服务器。

4.6  监测方法及频率

每天监测前对使用仪器进行自检，确认仪器运转情况，定期对仪器进行保养。温度监测时间的第0天自大体积混凝土浇筑完毕开始，止于浇筑后的第14天。最初因建筑内部温升相对更快，在第1～7天，按照2个小时一次的频率完成温度反馈;在第7～14天，后则每4个小时进行一次温度反馈。

选择多个监测点的温测数据，以此来对比大体积混凝土内部各监测点，也可以选择大气温度的温度之差进行对比。举例来说：选择参考点以内100mm处视作测温点A（面），参考点的内部垂直中部视作测温点A（中），底表面以上100mm处视作测温点A（底），各测温点之间的对比关系见表1。

根据相关规范，混凝土内部的各测温点温度在25℃以内，外表和底表测温点的温度在20℃以内，当发现温差超过一定数值时，立即告知负责人，并采取对应的应急措施，内外温差做好及时有效的控制能够很大程度上避免开裂。监测过程中若仪器出现异常，需要立即停止测试，并对仪器进行维修或调换，与此同时，对设备故障所监测的数据全部进行重新监测。

4.7  系统登录、操作培训

通过举办系统培训会，保证工程项目管理人员和主管业务部门更好的应用系统，并编制印发系统操作指导手册，让应用人员更熟练地操作系统各个功能模块。

系统的登录可通过手机端和电脑端网页输入地址登录，只要有网络即可保证随时随地进行数据查阅。

进入系统后首先看到的是项目运行情况总览，该界面可以掌握在线项目数量，完结数量及项目是否有异常情况，第一时间掌握项目动态情况，并且可以从右侧地图了解项目分布区域，更好地管理项目及项目的分配，有助于项目更好，更科学的开展。

进入系统后，新建项目先登记各项目各参建单位联系人信息登记表（如下图所示），需要填写相关单位信息，联系人电话。该项目登记表不仅可以实现存储功能，而且可以实现异常情况第一时间以手机短信方式通知各参建单位的联系人电话，实现及时掌握，及时商讨应对措施，避免工程事故的发生。

系统在建好项目后，需要根据具体实际情况设置各项参数，选择不同测位的温度传感器，以及各温度传感器的监测频率、周期[2]。

4.8  监测数据及展示

通过系统查看温差曲线图以及监测总报表数据。系统上可以查看各监测点数据曲线图，掌握每个监测点的变化情况，为数据的分析提供一个可靠地依据，并且可以根据目前情况预测以后的变化情况，实现数据平台化，可视化，见图4。选取5.2m大体积混凝土浇筑块体，砼强度等级为C35的测温过程为例，系统上可以查看项目总数据、筛选测温点对比数据、告警日志，导出所需数据、报表，导出报告或者从指定数据导出报告。

4.9  信息收集反馈及应急措施

目前绝大多数温度监测系统所遵循的采集制度是实时采集，这样得到的数据量最大化，信息量也最多，可是随之而来的问题是数据量太多了，以至于没有足够的人力资源进行处理分析，而且得到的信息中有很多是重复的冗余信息[4]。这种情况使得重要的信息不突出，导致其湮没于众多巨大的信息中，造成了主次不分明的问题，很容易使重要的信息被遗漏，给温度的监测以及预警带来极大的麻烦。因此测温数据采集中必须有采集优化方法，以便能采集到有意义的数据，尽可能减少重复性的、冗余的、日常性的数据。

本工程应用的无线多点式温测系统完成监测后，系统将监测过程数据以及结果进行全自动化整理，然后汇总、处理，储存到数据库中，最后打印出具监测报告，作为施工资料进行存档，同时为以后研究混凝土内部温度变化规律提供了最直接的数据。

在南宁民族大饭店项目大体积混凝土浇筑完第二天，系统自动报警，基础混凝土内外温差超过了25℃，项目部及时采取加盖草杉、棉被等应急措施降低混凝土内外温差，从而避免了混凝土因内外温差过大引起混凝土胀裂，保证了基础混凝土的质量。

5  质量控制

现场监测元器件的安装质量应保证位置准确，确保防护措施的完善，重视雨淋情况或碰撞情况，浇筑阶段需要有专人进行监督和检查。所有监测点全部选择红色的醒目标志进行标识，现场进行作业的工人应该得到全面、深入的宣教，最大程度上避免因人为影响对监测点进行影响，出现异常变化的监测点需要进行复核。在混凝土浇筑施工过程中，安排专人对埋设的监测点及监测设备进行定期巡查[3]。

所有元器件数据以无线完成传输，选择GPRS/3G/4G网络，控制设备的灵活运用后还能够实现远程控制。这种无线传输对设备数据完成采集和控制的过程，更加简单方便，表现出异常后现场管理人员也能够及时检查并处理。

系统的研发应满足一定的功能，系统由感知层、传输层和运用层组成，具体的七个系统能够在各层面上实现协调，实现系统的各种功能，能够很大程度上实现可靠、经济、合理的原则。其中最具有影响力的监测系统作为一种提供获取实时变化信息的工具，能够帮助决策者在制定的目标之下完成正确的决策。

6  总结

综上，传统的测温施工工序繁琐，存在数据不精准的问题，而无线多点式温测系统可以实现全天候无人实时监测，全自动化远程获取大体积混凝土内部温度变化的数据，相应主管部门或者项目部通过采集到的数据情况，及时采取必要的工程应急保养措施，确保内部温度的变化不会在建筑物内部排放困难，形成裂縫，从而为建筑结构的施工质量添上保护伞。

针对全自动化无线多点式温测系统远程监测大体积混凝土内部温度施工技术，想要有效改善大体积混凝土内部温度，需要通过有效的施工方法，以测温设备完成监控，确保建筑物内部温度在可控范围内，降低施工过程中存在的风险事故，使建筑质量得到有效提高。无线传输数据，多点式监测温度，全自动化远程采集数据，温差数据自动形成曲线图直观反映，有利于及时采取混凝土应急养护措施。

参考文献：

[1] 于兵，程飞，徐东方.特大桥超厚大体积承台混凝土温控技术的探讨[J].水电站设计，2019（2）：42～44.

[2] 王永华.混凝土裂缝控制理论下的水利工程施工技术[J].水利技术监督，2018（5）：132～134.

[3] 吕世鲲.大体积承台混凝土水化热仿真模拟计算及温控方案优化[J].价值工程，2018（14）：184～188.

[4] 吴海鹰.连续刚构桥健康监测数据的采集和处理[J].西部交通科技，2009（7）：72～77.