专利名称：智能模板与钢木组合立柱架体安全监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型建筑材料与传感技术在建筑模板施工过程中的应用。
背景技术：
大型模板是建筑施工过程中的关键技术，也是决定建筑施工效率与控制建筑成本的重要内容。随着大体量与高层建筑在我国的快速发展，模板与立柱架体支撑技术越来越成为建筑方案可行与否的关键，也是建筑施工的核心技术；另一方面，除了建筑领域之外， 大型模板技术是军事、救灾、仓储、展台、会议、演出和体育等社会民生领域中重要的承载结构，具有显著的社会意义，发展多功能模板架体和安全施工控制技术，推进大型模板民生领域的智能化应用，是现代模板与支撑架体技术革新的最大需求，也是各国竞相研究高技术立柱架体支撑材料和智能化模板拼板方法的主要动力。中国是世界模板与立柱架体用量最大的国家，其使用领域绝大部分在建筑行业， 由于传统模板及其立柱架体支撑属于临时结构，其安全储备与冗赘余度不高，再加上管理不规范、施工人员缺少严格培训，导致我国建筑模板事故成为建筑行业重大恶性事故的主要组成部分，也是造成我国成为世界上建筑事故最多国家的主要原因。根据联合国近五年灾害事故统计调查结果显示，中国工程事故年死亡人数排在世界第一；十一五期间，我国重大工程与建筑事故中，煤炭巷道事故居第一，脚手架和模板倒塌重大事故居第二。由此可见，研发模板与立柱架体支撑系统的安全控制技术，对降低和避免建筑事故，将起到非常关键的作用。纵观建筑施工过程结构技术的发展历史，仅仅靠人的自律和项目监理，是不能从根本上降低施工过程结构的风险，只有研发并应用新型模板结构和立柱架体支撑材料，结合现代传感器技术，推行智能模板和立柱架体支撑体系，才能从根本上保证施工过程结构的安全。传统模板立柱架体主要利用钢管作为主要受力杆件，通过连接节点，形成直扣式、 碗扣式或者门架等结构形式，支撑主体结构施工过程中的各种荷载，由于模板立柱架体在施工过程中承受时变荷载，立柱架体本身的节点由于滑丝脱落等原因，隐含许多不安全因素，同时传统模板立柱支撑架体需要消耗大量钢材，从而推高建筑单位耗钢量，加大建筑单位面积碳排放量，因此传统模板技术是一种高消耗非环保的粗放式建筑制造模式，发展低耗低碳的现代模板技术，替代传统模板，实现施工过程集约式和人性化与可控可观品质，已经成为建筑施工创新的主要研究方向，也是目前施工过程技改亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的在于为模板提供一种由改性小径木立柱组成的模板立柱架体支撑智能结构，利用嵌入式监测技术，实时采集立柱架体内单个小径木立柱应力与所支撑的模板的变形，形成小径木立柱架体与模板安全监测集成体系，结合模板智能配板技术，实施对模板结构全过程现场设计与安全监控。
本发明的设计方案其一是将模板架体中的小径木立柱全部采用改性小径木，可以节约大量钢材，通过对小径木的改性，使小径木具有内力自感知的监测特性,该特性赋予了小径木立柱架体支撑结构的自感知功能，通过这一功能，改善并调控模板立柱架体整体抗力的离散性；其二是对模板空间位移的实时监测，利用倾角传感器，获取模板的空间相对位移数据，与小径木立柱架体内力监测数据一起，构成智能模板监测系统的核心信息；最后是模板智能配板功能，利用图像识别技术，开发现场模板智能配板软件，结合模板与立柱架体的监测信息，组成智能模板监测系统的核心内容，在该套智能监测系统基础上，实现了本专利模板智能化特征，保证了模板体系的安全性和可控性。本发明是这样实现的本发明由小径木立柱改性、小径木立柱架体智能监测、模板智能配板和智能模板体系监测技术组成，下面分别对其技术特点进行阐述。一、小径木立柱改性技术小径木立柱改性包含小径木立柱快速脱水和小径木立柱纳米注射强度增强两个技术，下面分别予以概述。I、小径木立柱快速脱水技术天然小径木含水量一般大于40%，小径木立柱架体在不同载荷环境需要保持不同的含水率，小径木快速干燥能够提高小径木保水性能和受力稳定性。本发明在专门设置的烘干机里进行，通过快速旋转，将小径木立柱水分富集到小径木立柱端部，利用端部加热导流装置，引出小径木立柱端部水分，脱水后使小径木立柱含水量达到18. 5%，相对误差不大于3%。将快速干燥后的小径木立柱进行表面涂装，然后放在通风室中进行自然通风，最后进行浸泡实验，连续浸泡6个小时后，测试小径木立柱的含水率，当含水率的变化低于
O.I %后，即完成小径木立柱的脱水快干过程。对脱水后的小径木立柱进行持载，持载时间为10天，确定脱水后小径木立柱极限与设计荷载和对应的变形，完成对小径木立柱的应变测试、含水率标定、小径木立柱架体稳定性参数取值及荷载条件的确定。2、小径木立柱纳米注射强度增强技术小径木立柱增强技术是根据小径木微观结构，利用纳米颗粒注射装置，在小径木细胞壁之间充填带电纳米颗粒，改善细胞壁受力后的扭曲性状，降低细胞壁交叉角的尖锐程度，从而上提高小径木立柱的抗压强度。小径木立柱纳米颗粒充填完成后，对小径木立柱抗压强度、电性测试后，然后再次封装，根据小径木立柱使用环境，预留长期纳米颗粒注射点，以维持小径木立柱内部细胞壁间纳米颗粒的充盈程度。充填带电纳米颗粒后的小径木立柱，小径木立柱随着荷载的变化,小径木立柱表现出稳定的电压联动变化，通过电压的局部放大，可以监测小径木立柱内力分布状况，因此改性后的小径木立柱成为内力自感知的智能材料,是实现小径木立柱架体自适应监测和智能特征的基础。二、小径木立柱架体智能监测技术
小径木立柱架体智能监测是智能模板的重要组成部分，也是保证模板体系安全的关键技术，是由小径木立柱智能监测技术和小径木立柱钢木组合早拆监测技术两部分组成。第一部分小径木立柱智能监测技术包括以下几部分内容I、小径木立柱受压电荷分布模型的确定根据小径木立柱架体的位置，确定小径木立柱所受荷分布形式，利用加载与小径木立柱电压的关系,建立小径木立柱分布电压与荷载的对应模型,通过对小径木电压的采集，确定小径木内力大小，设计小径木立柱监测模型。2、小径木立柱电压增益与滤波方式的设计利用电荷放大器，对小径木立柱胞壁受荷转移电荷进行线性放大，形成可传输稳定电压，然后对小径木立柱电压信号进行基于模型的滤波处理，压制噪声，提高小径木立柱应力采集信号信噪比，完成小径木立柱的实时计算和监测。3、小径木立柱架体嵌入式监测系统由于模板结构空间稳定性较差，当受到冲击荷载后，容易发生失稳倒塌，实时监测由单个模板立柱组成的模板立柱架体整体安全，是保证模板结构体系安全的关键技术。本发明中每根小径木立柱都是模板结构系统中一个独立的传感器，为了实现监测的实时性， 本发明设计了小径木立柱架体嵌入式监测系统，该系统以移动平板计算为基础，可以实时和手机、个人计算终端进行数据互联，并以远程3G数据库为计算服务器，实时提交小径木立柱监测结果和现场立柱修改及应急措施，切实做到小径木立柱架体的实时安全。第二部分小径木立柱钢木早拆体系监测技术设置了小径木立柱钢木早拆单元钢斜撑连接点和钢斜撑与主愣连接处两个结构部位的监测点；并对早拆柱头上主楞的空间位移进行监测，利用激光位移计和倾角传感器， 监测主楞空间变形，实时获取主楞空间三维坐标，计算主楞倾角和相对位置坐标，分析并及时调整钢木早拆单元顶部主楞变形；同时监测混凝土结构强度，以确保早拆时现浇结构强度至少达到50%的最低要求，始终保持早拆单元施工过程的安全。本发明开发的嵌入式小径木立柱架体监测计算模块，可以独立工作，也可以和其它施工过程监测模块结合，形成一个有机的模板监测体系，正是这种嵌入独立模块的特点， 保证了小径木立柱架体监测系统的稳定性和计算的高效性。三、模板智能配板技术模板智能配板是提高模板施工效率和快速提供模板解决方案的重要技术。本发明运用二维图像识别技术，对建筑结构施工图进行智能识别和管理，然后根据角模标准化， 快速给出结构垂直体系和水平体系的模板配板方案；实现对各种楼板和墙体的自动布板设计，完成本发明智能配板软件现浇体系的全自动配板过程，该技术不仅提高了模板施工效率，而且大大降低了模板的消耗，并能在较短的时间内，完成工程现场模板隐患的二次配板计算，保证模板施工及预案的安全。四、智能模板体系监测技术该系统集成了模板面板变形监测子系统、小径木立柱架体自适应智能监测物联网子系统、小径木立柱钢木早拆单元监测子系统三个部分，其功能特征叙述如下第一部分模板面板变形监测子系统该子系统中模板面板变形是通过安装在模板板面下侧的倾角传感器来实现的，通过模板板面的倾角，实时计算模板板面的相对变形，预测模板变形区域，提出模板立柱补加支撑方案，合理使用小径木立柱架体的剩余强度，实现模板变形的智能过程控制，达到模板变形主动监测的目的。第二部分小径木立柱架体自适应智能监测物联网子系统是由小径木立柱分段受压电荷分布模型的确定、小径木立柱架体嵌入式监测系统、小径木立柱电压增益与滤波方式设计三个部分组成的嵌入式小径木立柱架体智能监测性态跟踪模块，该模块可以独立工作，也可以和其它施工过程监测功能相结合，形成一个自适应智能化的模板物联网监测单元。第三部分小径木立柱钢木早拆单元监测子系统在本发明的模板监测系统中，设计了由小径木立柱和钢斜撑组成的钢木早拆单元监测模块，承担监测早拆单元节点变形与应力的功能。该监测模块实时采集早拆体系全部节点变形，同时监测混凝土结构强度，以确保早拆时现浇结构强度至少达到最低要求，保证早拆过程的安全，避免现浇结构出现过大裂纹和倒塌。本发明优点在于(I)利用改性小径木作为模板支撑立柱，通过纳米颗粒注射，使模板支撑架体成为模板结构智能监测多传感器单元，从而实时监测小径木立柱架体受力与变形性态，避免小径木立柱失效失稳，保证模板体系的安全；(2)小径木属于完全可持续绿色结构材料，用小径木立柱取代钢立柱，节约了大量的钢材，显著降低了单位建筑面积耗钢量，实现了施工过程的低碳化；(3)钢木早拆体系的运用，提高了模板施工效率，改善了施工环境，促进了建筑施工的人性化；结合钢木早拆单元监测技术，全面保证了早拆体系的安全性和施工过程的可控性；(4)模板面板监测系统的研制，不仅保证了智能模板施工过程中现浇体系的质量， 同时也使长时间小径木立柱架体支撑工况下，小径木立柱架体与模板整体空间稳定性得到有效控制，提高了智能模板体系的智能性和安全系数；(5)模板智能配板软件的开发，使得模板设计与隐患修改现场化实时化得以实现， 大大提高了模板的使用和周转效率，进一步提升模板的智能特性。上述品质使得本发明技术拥有良好的市场经济效益和重要的社会意义。
图I小径木立柱快速干燥技术原理装置2小径木立柱纳米颗粒充填技术原理3小径木立柱监测程序框4小径木立柱钢木早拆单元构造及监测点设置5模板智能配板技术算法流程6智能模板体系施工全过程监测流程图
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细的描述本发明主要由小径木立柱改性技术、小径
9木立柱架体智能监测技术、模板智能配板技术和智能模板体系监测技术组成，下面分别对上述内容进行详细阐述。A :小径木立柱改性技术小径木立柱改性主要由两个过程完成，第一个过程是快速脱水；第二个过程是纳米颗粒的注射与充填。(I)小径木立柱快速脱水小径木立柱快速脱水干燥在旋转脱水仪中进行，旋转机械最大设计转速为 2600RPM(Revolutions Per Minute)，小径木立柱卡具轴向压力最大为200KN，在小径木两端设置可移动的加热导流装置，加热温度由小径木需要的含水率控制，其原理装置见图I。快速脱水干燥过程中，首先将小径木立柱3放入旋转干燥箱4，然后根据小径木立柱架体施工环境，设定旋转速度，旋转完成后，移动加热导流器2到小径木立柱3含水量最大的地方，然后将导流器2的管尖插入小径木细胞壁内，再次旋转，将富集到小径木立柱3 端部细胞壁内的液体导入到导流室1，导流完成后，计算小径木立柱3含水率，当满足后续纳米颗粒贯入要求后，取出小径木立柱3，用VacSeal密封剂对小径木立柱3表面进行喷涂封装，最后再自然晾干，即完成小径木立柱3的快速脱水过程。图中5为旋转干燥箱的夹紧器，6为旋转干燥箱的转动轴，7为旋转干燥箱的控制箱。(2)小径木立柱纳米注射强度增强技术本发明选择带正电纳米颗粒，通过颗粒充填装置，将纳米颗粒注射入小径木角质层，使纳米颗粒充填在小径木细胞壁间，图2为纳米颗粒充填技术原理图。小径木立柱充填带电纳米颗粒为Fe3O4和SiO2的团聚混合物,用超声分散成IOnm 级颗粒，并通过表面剂将Al和Ca离子吸附在分散开的纳米颗粒上。在贯入时，首先在(每三米长小径木)小径木立柱横向开设四个注射点9，然后将输送管11插入注射点9中，插入深度为小径木角质层中点，测试调通纳米输送管后，将外套管10套在小径木立柱3上，再在小径木立柱3两端加上吸压板8，接上负压器14，测试正确后，将输送管11与纳米颗粒箱13 连接，纳米颗粒箱13与加压泵12连接并加压，贯入时先在小径木立柱3两端形成2兆左右负压，然后以IOkN左右的压力向小径木立柱3贯入正电纳米颗粒，直至充盈度满足设计要求，停止纳米颗粒的充填。贯入完成的小径木立柱3用VacSeal密封剂封闭注射口，放置I 2小时，在试验室测试小径木立柱3的强度与荷载电压的分布函数,确定小径木立柱3体内电荷分布与荷载的关系，标定小径木立柱3压载电压动态响应函数，最后完成小径木立柱3智能感知的定量改性过程。B、小径木立柱架体智能监测技术该部分由小径木立柱智能监测技术和小径木立柱钢木组合早拆监测技术两部分组成，下面分别予以说明。I、小径木立柱智能监测技术小径木立柱改性后，小径木立柱由于充填有带正电的纳米颗粒,小径木立柱本身成为感知器，根据获得的压载电压模型，设计小径木立柱动态响应函数，最后形成模板小径木立柱架体监测模式，由于单个小径木立柱受压后电压变化呈分段非线性特征，小径木立柱监测亦采用分段方式进行。在本发明中，根据荷载电压动态曲线，将小径木立柱分成3段，每段设置一个独立的监测点，每个监测点用一个电荷敏感基片插入小径木立柱角质层， 然后将基片弓I线接入电荷放大器，最后用无线电压传感器，将信号发送给数据采集器，实现小径木立柱架体嵌入式智能监测系统的硬件设置，图3为小径木立柱监测程序框图。其具体实施方式
由8个步骤完成，每个步骤的功能如下(I)小径木立柱荷载电压曲线首先对改性小径木立柱制作成标准的原木试验试件，在试验室中对试件进行加压，最大加压荷载为小径木破坏荷载，采用慢速加载，每步荷载维持3个小时，然后测量试件端电压，绘制荷载与电压关系曲线，统计改性小径木立柱“荷载-电压”特性曲线，设定小径木“荷载-电压”灵敏系数，标定小径木立柱“荷载-电压”监测曲线特征参数。(2)小径木立柱分段监测小径木立柱是本发明中钢木早拆单元的竖向受力构件，因此小径木立柱在智能模板架体中同时也是早拆单元中的立柱，由于每个早拆小径木立柱被钢斜撑连接点18和早拆柱头16分成3段，因此本发明把小径木立柱3分成了 3段进行监测，每段具有各自的“荷载-电压”监测曲线和报警阀值。(3)小径木立柱监测点设置小径木立柱监测点的选择主要是根据危险点确定。根据小径木立柱荷载分布和变形特点，本发明专利对小径木立柱的监测点进行了分区，第一监测区为小径木立柱早拆柱头16及以上部分，设置2个测点，一个位于早拆柱头16所在小径木立柱的区域，另一个位于小径木立柱3顶端上的主楞15上；第二个监测区为钢斜撑17与小径木立柱连接点18 ； 第三个监测区为钢斜撑连接点18以下的小径木立柱杆段区域，监测测点位于小径木立柱底部基础20和可调支座19。(4)小径木立柱基片设置小径木立柱基片用铜电极做成，是感知小径木立柱在荷载作用下电荷分布迁移的感知器，根据基片上电压变化，获得“荷载-电压”监测曲线，据此曲线计算小径木立柱在服役中所受到的荷载，并预测小径木立柱的变形。(5)小径木立柱电荷放大器本发明采用后置低噪声电荷放大器，电荷放大器增益为100，放大器内置椭圆滤波器，能够有效隔离施工场地的杂散电流和电场以及人体静电对小径木立柱感知电压采集的影响，以保证小径木立柱工况数据采集的稳定性和监测信号的信噪比。(6)小径木立柱无线电压发射器由于小径木立柱架体在3 5天内需要拆下进行周转，为了施工方便，本发明采用无线电压采集方式，在每个侧点上安装有无线数据发射模块，该模块将基片采集的电压信号用无线的方式，发射到无线采集终端。(7)小径木立柱无线采集集成系统无线采集集成系统接收无线电压发射器传来的小径木立柱受压后的电压数据，该系统具有扩展端口，采用点式接入，每个端口可以同步采集64个独立的无线电压数据，因此本发明集成的小径木立柱无线采集系统，按同步采集8192个监测点设计，对较大规模的现浇体系，也能顺利完成小径木立柱架体数据的智能采集与监测。(8)小径木立柱监测系统
11
小径木立柱监测系统采用C语言(Windows平台)和G (Linux平台)语言开发,能够嵌入到移动终端和目前流行的大型移动计算服务系统中，该系统将采集到的小径木立柱架体电压数据进行实时计算和分析，实时给出小径木立柱架体的工作状态，完成实时监测小径木立柱架体的功能，同时该系统将计算结果以无线的方式，发送到指定的数据库和相关管理人员的移动式接收设备上，该系统设计具备完全的物联网数据功能，是本发明智能模板软件的重要移动处理计算系统。2、小径木立柱钢木组合早拆构造及监测技术图4为钢木早拆单元构造，该单元是本发明中提高模板施工效率的主要部分。早拆体系由主楞15、早拆头16、S45C钢斜撑17、钢斜撑连接点18、小径木立柱3、可调支座19 和小径木立柱底部基础20组成。早拆单元中的钢斜撑17采用S45C螺纹实心钢，一端与小径木立柱采用螺栓连接， 一端与主榜15挂接。模板荷载由主楞15传递给早拆头16和S45C钢斜撑17，钢斜撑的顶端与主楞15 相连，底端在连接点18与小径木立柱相连。早拆头16通过钢斜撑17将荷载传递给小径木立柱3，同时钢斜撑也承担部分竖向荷载，以提高小径木强度储备。钢斜撑在小径木立柱上设置支点，需要对小径木立柱进行开洞，从而削弱小径木立柱的有效面积，在洞口周边形成应力集中，导致早拆体系出现危险点；另外钢斜撑17与主楞15连接方式为大位移铰接，连接处产生较大剪力，同时主楞剪切面厚度较薄，容易导致剪裂，本发明中的早拆单元监测技术，实施了对上述两个薄弱结构部位进行重点监测的技术措施。小径木立柱钢木早拆单元除了上述监测点外，还对早拆柱头上主楞15的空间位移进行监测，利用激光位移计和倾角传感器，监测主楞空间变形，实时获取主楞空间三维坐标，计算主楞倾角和相对位置坐标，分析并及时调整钢木早拆单元顶部主楞变形，始终保持早拆单元施工过程的安全。C :模板智能配板技术本发明开发了专门针对小径木立柱钢木组合模板的智能配板软件，利用该软件， 可以现场对模板进行设计、计算和优化配板，极大地便利了模板现场应用，提高了模板现场
施工效率。本发明专利中的模板智能配板，以角模配置作为智能配板算法的判断依据，采用二维图形识别技术，实现模板的全自动配板。智能配板技术对应算法，结合图5详细阐述该算法的核心技术(I)算法首先通过AUTOCAD绘图软件，载入结构施工设计图，将施工图所有的线段分成竖直线和水平线两类；分类标准为a)所有水平直线段的起点必须在左边，终点在右边；b)所有竖直直线段的起点必须在下边，终点在上边。如果图形中的线段不满足上述要求，则重新生成新的直线段代替旧的直线段，新的直线段起点和终点与原直线段相反。(2)按照上面直线段划分标准，将图形中的所有直线段进行分类，即分成竖直线和水平线；
(3)利用上面分类的直线段，定义墙体四种直角单元，其定义为a) 一条水平直线段的起点和一条竖直直线段的起点重合时，形成一个左下方直角；b) 一条水平直线段的起点和一条竖直直线段的终点重合时，形成一个左上方直角；c) 一条水平直线段的终点和一条竖直直线段的起点重合时，形成一个右下方直角；d) 一条水平直线段的终点和一条竖直直线段的终点重合时，形成一个右上方直角；(4)将图形中所有的直角进行分类，即左下方直角集合、右下方直角集合、左上方直角集合和右上方直角集合；(5)判断直角集合是否为空，如果为空，则对应的直线段上没有角模，直接配置组合大模板；(6)如果直角集合非空，则根据直角的空间位置，判断角模的类型，角模类型分为 单一墙角、十字墙角和丁字墙角三种，根据墙角类型，形成相应的阴角和阳角模，从而完成自动生成角模的功能，根据角模再配置组合大模板，最后完成模板的智能配置。D :智能模板体系监测技术本发明中的智能模板监测体系，由C语言和Android 4. O SDK (Linux内核3. 0G) 分别独立完成，其主要特点是接收无线数据速度快，能够嵌入到移动平台，操作方便，远程数据库支撑能力强，具有快速计算和响应能力，系统健壮性好维护性强，该套系统同时具备三维图形和图像监测功能，满足物联网数据的各项要求，是很好的智能模板数据图像监测综合分析软件。智能模板监测系统功能组成见图6。共有四个模块，第一个模块主要管理小径木立柱架体的监测数据，该模块以无线方式接收小径木立柱数据，同步现实计算结果；并将小径木立柱监测数据传输给第二个模块；第二个模块是对小径木立柱钢木早拆单元的监测数据进行统一管理和分析，按现场物联网数据进行网络分级和数据的射频管理；利用第一个模块的监测数据，第二个模块能够快速响应早拆单元中的节点应力和外楞的倾角情况并完成无线网络的进程和远程交换；监测系统的第三个模块是模板面板变形监测，该功能利用倾角传感器，对模板最大挠度点进行监测，保证水平体系变形满足结构要求；最后一个模块是模板智能配板软件,这个模块利用Android 4.0 SDK平台将模板智能配板功能嵌入到集成系统中，从而使智能模板系统能够快速实现施工现场的实时配板和修改，并使整个集成系统具有更好的效率，保证了模板结构安全性与可控性。
权利要求
1.一种智能模板与钢木组合立柱架体安全监控系统，由小径木立柱改性技术、小径木立柱架体智能监测技术、模板智能配板和智能模板体系监测技术组成，其技术特征是A :小径木立柱改性技术，由小径木立柱快速脱水技术和小径木立柱纳米注射强度增强技术两个部分组成；B :小径木立柱架体智能监测技术，由小径木立柱智能监测技术和小径木立柱钢木组合早拆监测技术两部分组成；(1)小径木立柱智能监测技术包括以下几部分内容a)小径木立柱受压电荷分布模型的确定根据小径木立柱架体的位置，确定小径木立柱所受荷分布形式，利用加载与小径木立柱电压的关系，建立小径木立柱分布电压与荷载的对应模型，通过对小径木电压的采集，确定小径木内力大小，设计小径木立柱监测模型；b)小径木立柱电压增益与滤波方式的设计利用电荷放大器，对小径木立柱胞壁受荷转移电荷进行线性放大，形成可传输稳定电压，然后对小径木立柱电压信号进行基于模型的滤波处理，压制噪声，提高小径木立柱应力采集信号信噪比，完成小径木立柱的实时计算和监测；c)小径木立柱架体嵌入式监测系统每根小径木立柱都是模板结构系统中一个独立的传感器，为实现监测的实时性，设计了小径木立柱架体嵌入式监测系统，该系统以移动平板计算为基础，实现实时和手机、个人计算终端进行数据互联，并以远程3G数据库为计算服务器，实时提交小径木立柱监测结果和现场立柱修改及应急措施；(2)小径木立柱钢木组合早拆监测技术设置了小径木立柱钢木早拆单元钢斜撑连接点和钢斜撑与主愣连接处两个结构部位的监测点；并对早拆柱头上主楞的空间位移进行监测，利用激光位移计和倾角传感器，监测主楞空间变形，实时获取主楞空间三维坐标，计算主楞倾角和相对位置坐标，分析并及时调整钢木早拆单元顶部主楞变形；同时监测混凝土结构强度，以确保早拆时现浇结构强度至少达到50%的最低要求，始终保持早拆单元施工过程的安全；C :模板智能配板技术，运用二维图像识别技术，对建筑结构施工图进行智能识别和管理，然后根据角模标准化，快速给出结构垂直体系和水平体系的模板配板方案，实现对各种楼板和墙体的自动布板设计，完成本发明智能配板软件现浇体系的全自动配板过程；D :智能模板体系监测技术，该技术系统集成了模板面板变形监测子系统、小径木立柱架体自适应智能监测物联网子系统、小径木立柱钢木早拆单元监测三个部分子系统。
2.根据权利要求I所述的安全监控系统，其特征是(I)所述的A :小径木立柱改性技术中的快速脱水技术的过程是小径木立柱脱水是在烘干机里进行，通过快速旋转，将小径木立柱水分富集到小径木立柱端部，利用端部加热导流装置，引出小径木立柱端部水分，脱水后使小径木立柱含水量达到18. 5%，相对误差不大于3 % ；将快速干燥后的小径木立柱进行表面涂装，然后放在通风室中进行自然通风，最后进行浸泡实验，连续浸泡6个小时后，测试小径木立柱的含水率，当含水率的变化低于O. 1% 后，即完成小径木立柱的脱水快干过程；对脱水后的小径木立柱进行持载，持载时间为10天，确定脱水后小径木立柱极限与设计荷载和对应的变形，完成对小径木立柱的应变测试、含水率标定、小径木立柱架体稳定性参数取值及荷载条件的确定；(2)所述A :小径木立柱改性技术中的小径木立柱纳米注射强度增强技术是根据小径木微观结构，利用纳米颗粒注射装置，在小径木细胞壁之间充填带电纳米颗粒，改善细胞壁受力后的扭曲性状，降低细胞壁交叉角的尖锐程度，从而上提高小径木立柱的抗压强度；小径木立柱纳米颗粒充填完成后，对小径木立柱抗压强度、电性测试后，然后再次封装，根据小径木立柱使用环境，预留长期纳米颗粒注射点，以维持小径木立柱内部细胞壁间纳米颗粒的充盈程度；充填带电纳米颗粒后的小径木立柱，小径木立柱随着荷载的变化，小径木立柱表现出稳定的电压联动变化，通过电压的局部放大，可以监测小径木立柱内力分布状况。
3.根据权利要求I或2所述的安全监控系统，其特征是所述的A:小径木立柱改性技术中的小径木立柱纳米注射强度增强技术中所充填的带电纳米颗粒为Fe3O4和SiO2的团聚混合物，用超声分散成IOnm级颗粒，并通过表面剂将Al和Ca离子吸附在分散开的纳米颗粒上；在贯入时，首先在(每三米长小径木)小径木立柱横向开设四个注射点9，然后将输送管11插入注射点9中，插入深度为小径木角质层中点，测试调通纳米输送管后，将外套管10套在小径木立柱3上，再在小径木立柱3两端加上吸压板8，接上负压器14，测试正确后，将输送管11与纳米颗粒箱13连接，纳米颗粒箱13与加压泵12连接并加压，贯入时先在小径木立柱3两端形成2兆左右负压，然后以IOkN左右的压力向小径木立柱3贯入正电纳米颗粒，直至充盈度满足设计要求；贯入完成的小径木立柱3用VacSeal密封剂封闭注射口，放置I 2小时，在试验室测试小径木立柱3的强度与荷载电压的分布函数，确定小径木立柱3体内电荷分布与荷载的关系，标定小径木立柱3压载电压动态响应函数，最后完成小径木立柱智能感知的定量改性过程。
4.根据权利要求I所述的安全监控系统，其特征是所述的B:小径木立柱架体智能监测技术中的(I)小径木立柱智能监测技术具体实施步骤如下根据获得的压载电压模型，确定小径木立柱架体监测模式，根据荷载电压动态曲线，将小径木立柱分成3段，每段设置一个独立的监测点，每个监测点用一个电荷敏感基片插入小径木立柱角质层，然后将基片引线接入电荷放大器，最后用无线电压传感器，将信号发送给数据采集器，实现小径木立柱架体嵌入式智能监测系统的硬件设置，其具体实施方式
由8 个步骤完成(1)小径木立柱荷载电压曲线在试验室中对试件进行加压，最大加压荷载为小径木破坏荷载，采用慢速加载，每步荷载维持3个小时，然后测量试件端电压，绘制荷载与电压关系曲线，统计改性小径木立柱 “荷载-电压”特性曲线，设定小径木“荷载-电压”灵敏系数，标定小径木立柱“荷载-电压”监测曲线特征参数；(2)小径木立柱分段监测由于每个早拆小径木立柱被钢斜撑连接点18和早拆柱头16分成3段，因此把小径木立柱3分成了 3段进行监测，每段具有各自的“荷载-电压”监测曲线和报警阀值；(3)小径木立柱监测点设置根据危险点确定，对小径木立柱的监测点进行了分区，第一监测区为小径木立柱早拆柱头16及以上部分，设置2个测点，一个位于早拆柱头16所在小径木立柱的区域，另一个位于小径木立柱3顶端上的主楞15上；第二个监测区为钢斜撑17与小径木立柱连接点18 ； 第三个监测区为钢斜撑连接点18以下的小径木立柱杆段区域，监测测点位于小径木立柱底部基础20和可调支座19 ；(4)小径木立柱基片设置小径木立柱基片用铜电极做成，根据基片上电压变化，获得“荷载-电压”监测曲线，据此曲线计算小径木立柱在服役中所受到的荷载，并预测小径木立柱的变形；(5)小径木立柱电荷放大器本发明米用后置低噪声电荷放大器，电荷放大器增益为100,放大器内置椭圆滤波器；(6)小径木立柱无线电压发射器采用无线电压采集方式，在每个侧点上安装有无线数据发射模块，该模块将基片采集的电压信号用无线的方式，发射到无线采集终端；(7)小径木立柱无线采集集成系统接收无线电压发射器传来的小径木立柱受压后的电压数据，该系统具有扩展端口，采用点式接入，每个端口可以同步采集64个独立的无线电压数据；(8)小径木立柱监测系统采用C语言(Windows平台)和G (Linux平台)语言开发，能够嵌入到移动终端和目前流行的大型移动计算服务系统中，该系统将采集到的小径木立柱架体电压数据进行实时计算和分析，实时给出小径木立柱架体的工作状态，完成实时监测小径木立柱架体的功能，同时该系统将计算结果以无线的方式，发送到指定的数据库和相关管理人员的移动式接收设备上，该系统设计具备完全的物联网数据功能。
5.根据权利要求I所述的安全监控系统，其特征是所述的B:小径木立柱架体智能监测技术中的(2)小径木立柱钢木组合早拆监测技术的早拆单元中的钢斜撑17采用S45C螺纹实心钢，一端与小径木立柱采用螺栓连接，一端与主楞15挂接。
6.根据权利要求I所述的安全监控系统，其特征是所述的C:模板智能配板技术其对应的算法为(1)算法首先通过AUTOCAD绘图软件，载入结构施工设计图，将施工图所有的线段分成竖直线和水平线两类；分类标准为a)所有水平直线段的起点必须在左边，终点在右边，b)所有竖直直线段的起点必须在下边，终点在上边，如果图形中的线段不满足上述要求，则重新生成新的直线段代替旧的直线段，新的直线段起点和终点与原直线段相反；(2)按照上面直线段划分标准，将图形中的所有直线段进行分类，即分成竖直线和水平线.(3)利用上面分类的直线段，定义墙体四种直角单元，其定义为a)一条水平直线段的起点和一条竖直直线段的起点重合时，形成一个左下方直角，b)一条水平直线段的起点和一条竖直直线段的终点重合时，形成一个左上方直角，c)一条水平直线段的终点和一条竖直直线段的起点重合时，形成一个右下方直角，d)一条水平直线段的终点和一条竖直直线段的终点重合时，形成一个右上方直角；(4)将图形中所有的直角进行分类，即左下方直角集合、右下方直角集合、左上方直角集合和右上方直角集合；(5)判断直角集合是否为空，如果为空，则对应的直线段上没有角模，直接配置组合大模板；(6)如果直角集合非空，则根据直角的空间位置，判断角模的类型，角模类型分为单一墙角、十字墙角和丁字墙角三种，根据墙角类型，形成相应的阴角和阳角模，从而完成自动生成角模的功能，根据角模再配置组合大模板，最后完成模板的智能配置。
7.根据权利要求I所述的安全监控系统，其特征是所述的D:智能模板体系监测技术的，(1)模板面板变形监测子系统该子系统中模板面板变形是通过安装在模板板面下侧的倾角传感器来实现的，通过模板板面的倾角，实时计算模板板面的相对变形，预测模板变形区域，提出模板立柱补加支撑方案，合理使用小径木立柱架体的剩余强度，实现模板变形的智能过程控制，达到模板变形主动监测的目的；(2)小径木立柱架体自适应智能监测物联网子系统是由小径木立柱分段受压电荷分布模型的确定、小径木立柱架体嵌入式监测系统、小径木立柱电压增益与滤波方式设计三个部分组成的嵌入式小径木立柱架体智能监测性态跟踪模块，该模块可以独立工作，也可以和其它施工过程监测功能相结合，形成一个自适应智能化的模板物联网监测单元；(3)小径木立柱钢木早拆体系监测子系统在本发明的模板监测系统中，设计了由小径木立柱和钢斜撑组成的钢木早拆单元监测模块，承担监测早拆单元节点变形与应力，该监测模块实时采集早拆体系全部节点变形，同时监测混凝土结构强度，以确保早拆时现浇结构强度至少达到最低要求，保证早拆过程的安全。
8.根据权利要求I或7所述的安全监控系统，其特征是所述的D:智能模板体系监测系统，主要由四个模块组成，第一个模块主要管理小径木立柱架体的监测数据，该模块以无线方式接收小径木立柱数据，同步现实计算结果；并将小径木立柱监测数据传输给第二个模块；第二个模块是对小径木立柱钢木早拆单元的监测数据进行统一管理和分析，按现场物联网数据进行网络分级和数据的射频管理；利用第一个模块的监测数据，第二个模块能够快速响应早拆单元中的节点应力和外楞的倾角情况并完成无线网络的进程和远程交换； 第三个模块是模板面板变形监测，该功能利用倾角传感器，对模板最大挠度点进行监测，保证水平体系变形满足结构要求；第四个模块是模板智能配板软件，这个模块利用Android 4.0 SDK平台将模板智能配板功能嵌入到集成系统中，从而使智能模板系统能够快速实现施工现场的实时配板和修改，并使整个集成系统具有更好的效率，保证了模板结构安全性与可控性。
全文摘要
智能模板与钢木组合立柱架体安全监控系统，涉及一种新型建筑材料与传感技术在建筑模板施工中的应用。本发明由小径木立柱改性、小径木立柱架体智能监测、模板智能配板和模板体系监测四项技术组成。是将模板架体中的小径木立柱全部采用改性小径木，并使小径木具有内力自感知的监测特性，通过这一功能，可以实现对模板空间位移的实时监测，利用图像识别技术，结合模板与立柱架体的监测信息，组成智能模板监测系统的核心内容，实现了本发明模板智能化特征，保证了模板体系的安全性和可控性。本发明实施可以节约大量钢材，避免小径木立柱失效失稳，提施工效率，改善施工环境，拥有良好的市场经济效益和重要的社会意义。
文档编号E04G9/00GK102587640SQ20121005523
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者何林, 孙冷帝, 张厚, 文桥, 杨俊涛, 王玉辉, 王绍郡, 田玉滨, 耿建勋, 袁健 申请人:哈尔滨工业大学, 黑龙江省建设集团有限公司