一种脚手架安全监测系统和方法与流程

本发明涉及建筑安防技术领域，具体涉及一种脚手架安全监测系统和方法。

背景技术：

脚手架是建筑施工现场为工人操作解决垂直和水平运输而搭设的各种支架，属于建筑辅助工具。根据有关统计表明：在中国建筑施工系统每年所发生的伤亡事故中，大约三分之一与脚手架有关。设计不合理、使用不合格材料或搭建加固不符合安全规范等，都易导致脚手架发生倒塌。虽然目前脚手架安全方面得到了重视，相关部门制订了管理规范，其中包括定期对脚手架进行人工检测，检查脚手架连接点是否发生松弛或钢管是否发生弯曲等等。然而，光靠人工检测易出现误检或漏检现象，而且工作量大，无法时刻对脚手架状态进行监测，仍然存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是现有技术需人工对脚手架进行检测，无法实时了解脚手架状态，易出现误检或漏检现象。

为解决上述问题，一方面，本发明提出了一种脚手架安全监测系统，包括位移采集模块、双轴倾斜采集模块和终端分析模块，位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别与终端分析模块连接；其中位移采集模块包括依次连接的位移传感器、第一微处理器和第一无线通信单元，双轴倾斜采集模块包括依次连接的双轴倾斜传感器、第二微处理器和第二无线通信单元，终端分析模块包括第三无线通信单元、CPU处理单元、显示单元和报警单元，第三无线通信单元、显示单元和报警单元分别与CPU处理单元连接；第一无线通信单元和第二无线通信单元分别与第三无线通信单元连接。

另一方面，本发明还提出了一种脚手架安全监测方法，包括以下步骤：

步骤1、建立上述脚手架安全监测系统：对脚手架进行易倒塌分析，找出容易松动的部位，在上述部位布置脚手架安全监测系统的位移采集模块和双轴倾斜采集模块，位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别与终端分析模块建立无线通信连接；

步骤2、脚手架实时状态采集：位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别测量脚手架各部位的实时位移数据和倾斜数据，并将数据传输给终端分析模块；

步骤3、脚手架实时状态分析：终端分析模块的CPU处理单元将获得的脚手架各部位的位移数据和倾角数据加载到预存的脚手架原三维模型上，生成实时脚手架三维模型，将实时脚手架三维模型与预存的五种事故模型进行相似度比较，并将各部位的位移数据和倾角数据与最相似的事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值相比较，分析判定脚手架是否发生倒塌；其中五种事故模型分别为下沉模型、单向倾斜模型、上部张开模型、既下沉又单向倾斜模型和既下沉又上部张开模型，分析得到的上述各事故模型临近倒塌时各部位的位移数据和倾角数据为上述事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值；

步骤4、脚手架实时状态显示和报警：终端分析模块的CPU处理单元将生成的实时脚手架三维模型发送给显示单元进行显示，并当判定脚手架会发生倒塌时触发报警单元发出报警。

作为本发明的进一步改进，步骤3脚手架实时状态分析步骤中还包括：终端分析模块的CPU处理单元将获得的脚手架各部位的位移数据和倾角数据进行保存，统计预设时间段内的各部位的位移数据和倾角数据，分析得到下沉或倾斜加剧的部位，并在实时脚手架三维模型中进行标识。利用此步骤对脚手架发生较大移位或倾斜的部位进行定位，为工作人员检修提供依据，便于及时对松动部位进行加固，防患于未然。

本发明的有益效果：本发明采用位移采集模块和双轴倾斜采集模块对脚手架易发生位移和倾斜的部位进行监测，终端分析模块对各采集模块测得的数据进行分析，判定脚手架是否会发生倒塌，并当判定脚手架会发生倒塌时发出预警，对脚手架进行实时监测，有效减少事故发生及人员伤亡；每个采集模块自带无线通信单元，将采集的数据通过无线通信方式传输给终端分析模块，不需要布线，安装灵活，易于扩展加设采集模块。

附图说明

图1是本发明脚手架安全监测系统的结构框图。

图2是本发明脚手架安全监测方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种脚手架安全监测系统，包括位移采集模块、双轴倾斜采集模块和终端分析模块，位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别与终端分析模块连接。其中位移采集模块包括依次连接的位移传感器、第一微处理器和第一无线通信单元，双轴倾斜采集模块包括依次连接的双轴倾斜传感器、第二微处理器和第二无线通信单元，终端分析模块包括第三无线通信单元、CPU处理单元、显示单元和报警单元，第三无线通信单元、显示单元和报警单元分别与CPU处理单元连接。第一无线通信单元和第二无线通信单元分别与第三无线通信单元连接。

多个位移采集模块与多个双轴倾斜采集模块优化布置在脚手架上，位移采集模块用于测量脚手架该部位的位移数据，并将数据发送给终端分析模块，双轴倾斜采集模块用于测量脚手架该部位的倾角数据，并将数据发送给终端分析模块。具体的位移采集模块中位移传感器输出电平信号，第一微处理器接收到电平信号后经过处理得到位移传感器移动的相对位移量，将得到的相对位移量及自身位置信息通过第一无线通信单元发送给终端分析模块的第三无线通信单元。双轴倾斜采集模块中双轴倾斜传感器输出电平信号，第二微处理器接收到电平信号后经过处理得到相对倾角量，将得到的相对倾角量及自身位置信息通过第二无线通信模块发送给终端分析模块的第三无线通信单元。

终端分析模块的第三无线通信单元获得第一无线通信单元和第二无线通信单元发送的数据后，将数据传输给CPU处理单元，CPU处理单元将获得的脚手架各部位的位移数据和倾角数据加载到预存的脚手架原三维模型上，结合后生成实时脚手架三维模型，并发送给显示单元进行显示。CPU处理单元将实时脚手架三维模型与预存的五种事故模型进行相似度比较，并将各部位的位移数据和倾角数据与最相似的事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值相比较，分析对比做出脚手架是否发生倒塌的判定，当判定脚手架会发生倒塌时触发报警单元发出报警。上述五种事故模型分别为下沉、单向倾斜、上部张开、既下沉又单向倾斜和既下沉又上部张开，分析得到的上述各事故模型发生倒塌时各部位的位移数据和倾角数据为上述事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值。

如图2所示，本发明还提供了一种脚手架安全监测方法，包括以下几个步骤：

步骤1、建立脚手架安全监测系统：对脚手架进行结构分析，找出容易松动的部位，在上述部位布置脚手架安全监测系统的位移采集模块和双轴倾斜采集模块，将位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别与终端分析模块建立无线通信连接；

步骤2、脚手架实时状态采集：位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别测量脚手架各部位的实时位移数据和倾斜数据，并将数据传输给终端分析模块；

步骤3、脚手架实时状态分析：终端分析模块的CPU处理单元将获得的脚手架各部位的位移数据和倾角数据加载到预存的脚手架原三维模型上，生成实时脚手架三维模型，将实时脚手架三维模型与预存的五种事故模型进行相似度比较，并将各部位的位移数据和倾角数据与最相似的事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值相比较，分析判定脚手架是否发生倒塌；其中五种事故模型分别为下沉模型、单向倾斜模型、上部张开模型、既下沉又单向倾斜模型和既下沉又上部张开模型，分析得到的上述各事故模型临近倒塌时各部位的位移数据和倾角数据为上述事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值；

步骤4、脚手架实时状态显示和报警：终端分析模块的CPU处理单元将生成的实时脚手架三维模型发送给显示单元进行显示，并当判定脚手架会发生倒塌时触发报警单元发出报警。

优选的，步骤3脚手架实时状态分析步骤中还包括：终端分析模块的CPU处理单元将获得的脚手架各部位的位移数据和倾角数据进行保存，统计预设时间段内的各部位的位移数据和倾角数据，分析得到下沉或倾斜加剧的部位并在实时脚手架三维模型中进行标识。

本发明脚手架安全监测系统和方法在实际应用中的具体工作流程如下：

建立脚手架安全监测系统，对新搭建的脚手架结构进行分析，找出脚手架容易松动的部位，松动时连接杆会发生位移或倾斜，故在上述部位布置位移采集模块和双轴倾斜采集模块，位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别与终端分析模块建立无线通信连接。

终端分析模块初始化，终端分析模块的CPU处理单元中运行有建模分析软件，利用建模分析软件对新搭建的脚手架进行建模，生成脚手架原三维模型，通过专家经验分析建立脚手架发生倒塌的五种事故模型，分别为下沉模型、单向倾斜模型、上部张开模型、既下沉又单向倾斜模型和既下沉又上部张开模型，并分析得到这五种事故模型临近倒塌时易松动部位(即上述安装有位移采集模块和双轴倾斜采集模块的部位)的位移数据和倾角数据，作为各部位的位移阈值和倾角阈值。

脚手架实时状态采集，位移采集模块和双轴倾斜采集模块分别测量脚手架各部位的实时位移数据和倾斜数据，并将数据发送给终端分析模块。

脚手架状态实时监测，终端分析模块的CPU处理单元将获得的脚手架各部位的位移数据和倾角数据进行保存，并将数据加载到预存的脚手架原三维模型上，脚手架根据位移数据和倾角数据发生相应变化后生成实时脚手架三维模型，将实时脚手架三维模型与预存的五种事故模型进行相似度比较，并将各部位的位移数据和倾角数据与最相似的事故模型的各部位的位移阈值和倾角阈值相比较，分析对比做出脚手架是否发生倒塌的判定。统计预设时间段内的各部位的位移数据和倾角数据的变化，分析得到位移或倾斜加剧的部位并在实时脚手架三维模型中标识出来。

脚手架实时状态显示和报警，终端分析模块的CPU处理单元将生成的实时脚手架三维模型发送给显示单元显示，并当判定脚手架会发生倒塌时触发报警单元发出报警。