桥梁施工现场监测工作中的传感测量技术

李强

（中铁四局集团第五工程有限公司，江西 九江 332000）

1 引言

随着网络技术和计算机技术的快速发展，传感测量技术也随之出现，该技术作为一种新型的监测技术，使施工现场各项数据的监测效果变得更加准确，因此，被广泛应用于桥梁工程的施工现场管理中。本文对传感测量技术的功能和架构做出了全面的分析，深入研究了桥梁工程施工现场使用传感监测技术的重要意义，使以传感测量技术为基础的桥梁工程施工现场监测设计工作取得了最佳效果，通过对实际案例的分析，最终得出的结论为监测系统对桥梁工程施工现场监测起到了重要的作用。

2 传感测量技术核心架构与功能

2.1 核心架构

伴随着计算机与网络技术的快速发展，传感测量技术也迎来了发展的最佳时机，借助在施工现场布置的大量传感器来实现对数据信息的及时采集和上传，实现主机对上传数据实施的采集、储存、分析和处理工作。传感器的类型主要包括液位传感器、压力传感器和温度传感器等，实际应用中应依据工程建设的实际情况科学地选择最佳的传感器类型。传感器还被认为是测量的节点，主要原因为传感器的核心作用就是采集数据，借助特殊的网关和网络协议将传感器与后台控制主机高效地联合在一起。IEEE 802.3局域网协议（Ethernet LAN protocols as defined in IEEE 802.3 suite）是最为常见的网络协议类型，同时还包括TCP/IP等信息传输协议在其中。实际工程应用的过程中，在选择网络通信传输协议时，要依据整个工程的接口方式和网络配置来合理地选择网络通信传输协议。传感测量技术核心架构的具体情况如图1所示。

图1 传感测量技术的核心架构图

2.2 主要功能

传感测量技术的核心功能为数据实时采集，将各种类型的传感器布设好，使数据信息被及时、准确地获取。借助通信协议（即通信规约）将所有的传感器与无线网路连接在一起，使采集到的所有数据被及时地上传到控制主机数据库中，完成信息的采集和汇总。数据库依据所采集到的所有现场施工数据资料，将其划分为非结构型数据库和结构型数据库。非结构型数据库将施工过程中的所有音频和视频数据采集完整；而结构型数据库的主要作用则是对施工文本信息进行储存。

无线传感技术在进行数据质量分析时，主要是借助手持终端设备来完成各项数据质量的分析，该技术可以将所有数据全部上传到控制主机以后，统一实施分析和处理工作。无线传感技术的信息通信架构的主要的技术类型包括ZigBee、UWB、蓝牙以及WiFi等[1]。ZigBee无线通信网络技术的主要特点表现为低能耗、近距离等，其可靠性和安全性级别比较高，主要应用于远程监测领域和工业控制领域中。UWB作为一种超宽带网络通信技术，其特点表现为加密性优良、抗干扰能力比较强等。蓝牙无线网路通信技术具有较强的近距离特征，将各种类型移动设备间的通信过程进行不断地简化，具有较强的实用性。WiFi借助无线路由模式使用户在信号覆盖区域中快速地接入网络系统中，其优势体现为传输速度比较快、覆盖范围非常广等。信息通信架构优势对比分析的具体情况详见表1。

表1 信息通信架构优势对比分析表

3 桥梁施工现场监测系统的重要性

对于桥梁工程来说，施工现场的程序非常复杂，管理人员要做好施工设备和施工人员的统筹协调工作，使桥梁工程施工现场被管理得井井有条，显著提升其整个工程的安全性和可靠性[2]。如今，桥梁工程施工需要解决的首要问题是，采取怎样的措施来实现对施工现场的准确、高效的监测。以往在桥梁工程施工时，施工现场的监督管理工作全部是由施工监理人员来全权负责，人为的施工现场监测工作很难保证所有的监测数据都具有较强的真实性，导致施工现场各种监测数据存在着一定的误差。因此，针对桥梁工程施工现场的实际情况，应积极创建准确、稳定、高效的施工现场监测系统，使整个现场的施工质量和施工效率得到保证。

桥梁工程施工现场投入使用监测系统以后，不再需要安排专人全天24 h值守，能够详细地掌握桥梁工程施工现场的每一角落中发生的具体问题。监测系统投入使用以后，对操作人员的专业技术要求不高，其运行效果比较理想，高效地避免了人为因素造成的检测数据混乱的情况。从桥梁工程成本预算的角度分析，在桥梁工程施工现场监测系统投入使用以后，施工企业的人员成本经费支出得以降低，使整个工程的总预算得到了较好的控制。桥梁工程施工现场的有些区域具有较强的危险性和特殊性，工程监理人员对有些区域无法做到精准控制，导致施工盲区出现。对于施工现场的监测系统来说，其包含着大量的传感设备，这些设备即使处于危险的环境中，依然能够保持良好的工作状态，其对施工现场外部环境的依赖性比较低，使自主闭环运行真正的实现，其采集数据的连续性和准确性都比较高，给整个工程的数据分析做好了充足的准备工作，为后续的桥梁工程现场施工管理和下一步的施工方案制订打下良好基础。这就不难发现，在桥梁工程施工现场安装监测系统具有较强的现实意义，使桥梁工程建设朝着更加科学、先进的方向发展。

4 桥梁施工现场监测系统传感测量技术的设计与应用

4.1 分析系统功能需求

在分析桥梁施工现场监测系统功能需求的过程中，具体情况见表2。

表2 桥梁施工现场监测系统功能需求分析表

1）可靠性强。可靠性主要是指监测系统的平稳、连续运行，不会因施工环境发生变化而引起宕机的问题，确保监测系统能够在规定的时间之内实现对施工现场的平稳、连续监测，其可靠性非常强。

2）功耗低。功耗低主要是指监测系统的功耗能满足行业的各项标准，其综合能效比较强，使施工企业的能源消耗降到最低。

3）维护简单。监测系统维护非常简单，在系统出现问题以后，更换或者是维修零部件就能够确保其持续运行，将维护成本和维护时间控制到低标准。

4）投入成本少。监测系统的软硬件更新换代速度非常快，所以，企业不需要投入大量的人力、物力和财力来完成该类系统的研发工作。从企业的实际情况出发，创建完善的施工现场监测系统。

4.2 监测系统的应用与研究

本文的研究案例为某大桥斜拉桥施工现场使用的监测系统，将多个角度传感器和位移传感器布设到位，使桥梁工程在施工时，桥体结构出现的角度变化和位移变化得到有效的监测。

4.3 分析监测结果

在某大桥斜拉桥施工现场监测时，使用的主要监测系统为以传感测量技术为基础的施工现场监测系统，在开展监测任务时，主要包括两个方面的内容，分别是施工前后的斜拉桥空心板角度和位移变化监测情况，其具体情况详见图2和图3。

图2 某大桥斜拉桥施工前空心板位移和角度信息示意图

图3 某大桥斜拉桥施工后空心板位移和角度信息示意图

在仔细分析图2和图3以后发现，斜拉桥在施工时，桥体纵轴线保持着恒定不变的状态，从施工过程的角度分析，空心板Z1、Z3一直保持着对称的状态，在施工完成以后，空心板Z1的位置发生了微妙的变化。使用该监测技术以后，斜拉桥BM1～BM4的锚固位置被确定，这就不难发现，在整个试验过程中，位移和角度传感器发挥了积极的促进作用。最终的试验结论显示，以传感测量技术为基础的桥梁施工现场监测系统使桥梁工程施工现场的所有监测需求得到了最大程度的满足，值得今后在同类型工程中大范围推广。

5 结语

如今，在很多工程建设领域中，对无线传感技术进行了普遍的应用，其数据采集的精准度和准确性非常高[3]，该技术在施工环境比较恶劣的区域依然能获得最佳效果。本文详细分析了无线传感技术在桥梁工程施工现场监测系统中的具体应用，科学布置角度传感器和位移传感器，高效地监测了某桥梁工程斜拉桥空心板在施工前后的状态变化情况，对传感测量在桥梁施工现场监测系统中发挥的作用进行了深刻的剖析，为今后同类型工程施工夯实了基础。