一种利用物联网监测控制大体积混凝土施工的方法与流程

本发明涉及一种利用物联网监测控制大体积混凝土施工的方法。

背景技术：

混凝土作为大型结构的主要材料，其施工质量的好坏对工程质量具有较大的影响，为减少大体积混凝土温度应力和干缩裂缝的产生，需在混凝土的运输、浇筑和养护等过程中进行实时、有效、准确的监测和控制。而物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段，被认为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。同时，bim的出现加快了物联网技术应用到建设中，将物联网技术应用于土木工程施工对于建筑业的发展具有重要意义。

技术实现要素：

为了弥补上述不足，本发明以晋江市医院迁建工程一期医疗综合楼工程作为具体实施地点提供一种利用物联网监测控制大体积混凝土施工的方法，它采用物联网无线智能混凝土温度监控系统，通过无线传输的方式自动实时记录传感器采集到的大体积混凝土浇筑过程的内外温度，并通过后台服务器对远程实时采集数据进行储存和智能分析，自动生成历史数据表和温度曲线走势图，为技术分析提供坚实的数据依据，并通过调节冷却水管水温及水流速度和浇筑方法控制混凝土温度，它不仅有效地降低扬尘和噪音，而且显著地提高了各方面的管理水平和作业效率；本发明为混凝土配合比中的水灰比选择提供了数据分析，从而得到较优配合比，有效地提高大体积混凝土结构内部质量。

因此，本发明具有施工效率高、过程安全、工期短、成本降低、节能环保以及工程质量容易保证的特点。

为了达到上述目的，本发明采取如下具体技术措施：一种利用物联网监测控制大体积混凝土施工的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

第一，施工准备，施工准备包括材料准备、技术准备、施工安排；

其中，材料准备具体为：工程结构混凝土均采用商品混凝土，优先选择资质高、社会信誉好、技术实力强，且其厂址距离现场运距在15公里以内的预拌混凝土供应商，以满足施工现场混凝土连续浇筑的需要；

其中，技术准备具体为：根据配合比设计原则及工程的具体要求，结合类似工程经验及大型工程实践，提出工程对于原材料和配合比设计的要求，并通过试配选择出最合理的混凝土配合比；施工前针对大体积混凝土施工工艺流程及施工过程注意事项，对操作人员进行全面细致的安全技术交底；

其中，施工安排具体为：确保混凝土施工质量；充分考虑结构设计特点，合理组织安排施工流向；结合现场平面布置情况，合理安排泵管布置及交通组织；

工程大体积混凝土顶板采用一次性连续浇筑方式，以避免产生冷缝，确保施工质量；重点对单次混凝土浇筑量的构件进行温度控制；

第二，创建bim模型及优化，它包括：

①利用品茗软件创建现场总布置的三维数字化模型，包括办公区、生活区、样板区、道路、钢筋加工棚、塔吊、施工电梯、材料堆放和主体结构等信息；由建设单位项目负责人、设计单位项目负责人、勘察单位项目负责人、监理工程师、施工单位技术负责人、项目经理和项目技术负责人等相关人员共同商讨现场总布置的三维数字化模型的合理性，并对模型的不足之处进行优化，以到达各方无异议后施工单位开始布置现场；

②利用revit软件创建大体积混凝土浇筑三维动画模型，包括钢筋的排布、预留预埋孔洞、喷淋管网和混凝土的浇筑顺序等信息；

第三，环境在线智能监控系统，它是由环境侦测联动喷淋系统、社会公示屏、指挥中心系统组成；

其中，环境侦测联动喷淋系统能对施工现场的pm值等7大环境关键数据进行实时监测、显示、采集并实时自动统计分析，若环境数据超过预警值就会自动报警并自动启动喷淋等压尘设备；并存储、展现工地扬尘数据及视频图像，联动设备的开闭记录供追溯，通过网络上传至属地监督机构，符合属地政策要求；

其中，社会公示屏，它能提升工地文明施工形象及社会公信度，接收、展现工地扬尘数据平均值；

其中，指挥中心系统，它包括系统集成、显示屏、服务器，它能集中显示扬尘软件管控平台与渣土车辆智能清洁管控平台，可实时预览系统前端画面，便于直观了解现场情况，以便于实时调度和应急指挥；

第四，搅拌站物联网架构，搅拌站具体包括由物料储存系统、物料称量系统、物料输送系统、搅拌系统、粉料储存系统、粉料输送系统、粉料计量系统、水及外加剂计量系统和控制系统，它采用射频识别技术对混凝土搅拌车的运输进行管理，并与搅拌站控制系统进行集成；

步骤一，试块自干燥温湿度监测，具体为：

1、准备混凝土试块一、混凝土试块二、混凝土试块三、pvc管、模具，

其中，混凝土试块一的水灰比分别为0.5，混凝土试块二的水灰比分别为0.41，混凝土试块三的水灰比分别为0.31；

其中，pvc管两端开口光滑平整，长度、外径和壁厚分别为100mm、20mm和2mm；

其中，模具为内尺寸边长为150mm的立方体塑料；

2、当混凝土试件初凝时将pvc管植入边长为150mm的立方体混凝土试件的中心处，植入深度为75mm，接着抹平混凝土试件上的表面浆体，并用长管道变送器封堵pvc管上端口，在表面覆盖一层薄膜保湿标样1d后进行拆模，并立即用保鲜膜对混凝土试件进行密封包裹三层，保鲜膜交界处用透明胶纸封住，从而形成混凝土试块一、混凝土试块二、混凝土试块三；由于混凝土试件表面近似绝湿状态，故可认为混凝土试件的内部湿度变化基本由自干燥效应引起；

3、通过混凝土试块一、混凝土试块二、混凝土试块三的实验表明：不同水灰比的三种混凝土试块，水灰比越低，湿度饱和期持续时间越短，自干燥现象越明显，当混凝土试件内部缓慢失水干燥时，混凝土试件将出现缓慢收缩，这解析了大体积混凝土工程扣除温度分量的无应力计变形测值长期不稳定的机制，因此得出结论为：在合理范围内综合考虑其它各因素后尽量选择水灰比较高的混凝土；

步骤二，脚手架安装，具体为：架体每2步3跨设置一个连墙点，在框架柱的每层楼层标高位置设置连墙抱箍；所有满足与建筑四周墙柱顶紧顶牢或者与结构柱加设水平箍箍牢水平杆的端部均应与结构连接，增强整个支撑系统的刚度；在任何情况下，高支撑架的顶部必须设水平加强层；

步骤三，模板安装，它包括剪力墙支模程序、梁支模程序、板支模程序，

其中，剪力墙支模程序具体包括放线定位→模板安装预埋件→安装就位一侧模板→安装支撑→插入穿墙螺栓及套管→安装就位另一侧模板及支撑→调整模板位置→紧固穿墙螺栓→固定支撑→检查校正→连接相邻模板→检查验收；

其中，梁支模程序具体包括搭设满堂架→引测标高→铺设方木→安装底模→安装侧梁模→检查验收；

其中，板支模程序具体包括搭设满堂架→引测标高→铺设方木→铺设模板→检查验收；

步骤四，钢筋绑扎，它包括剪力墙钢筋绑扎程序、梁钢筋绑扎程序、板钢筋绑扎程序，

其中，剪力墙钢筋绑扎程序具体包括绑扎暗柱钢筋→绑扎暗梁钢筋→立剪力墙主筋→绑扎水平受力筋→检查验收；

其中，梁钢筋绑扎程序具体包括画梁箍筋位置线→放箍筋→穿梁受力筋→绑扎箍筋→检查验收；

其中，板钢筋绑扎程序具体包括画板主筋及分布筋位置线→摆放主筋→摆放分布筋→绑扎板筋→垫钢筋保护层垫块或限位卡→检查验收；

步骤五，循环水降温管网安装，具体为：墙身、顶板钢筋绑扎完成后，在钢筋网片之间安装冷却水循环降温管网，冷却水循环降温管网采用dn50镀锌钢管丝接而成，镀锌钢管的一管端作为循环水入口，冷却水从循环水入口进入，镀锌钢管的另一管端作为循环水出口，冷却水从循环水出口流出，混凝土浇筑后，钢筋网片以及镀锌钢管会被混凝土包裹；

步骤六，测温点布置，ac轴墙体设置3个测温点，根据墙长平均分部，中部柱子布置5个测温点；2500mm厚反梁设4个测温点，1300厚板设置4个测温点；

竖向钢筋与建筑框架钢筋通过绑扎实现固定，每个测温点根据混凝土的浇筑厚度预先分层竖向埋设传感器探头，传感器探头竖向间距按不大于600mm的间距进行布置，传感器探头的线与竖向钢筋通过绑扎实现固定，各连接线不打结缠绕，平行并向上引出至竖向钢筋的上端并且与无线采集器连接，无线采集器安装于竖向钢筋的顶端，每个传感器探头均垂直向下并且不碰触竖向钢筋，从而使浇筑后的混凝土能充分包裹传感器探头，每个传感器接头分别标号对应每个传感器探头所埋置的深度；

其中，无线采集器安装具体为：将无线采集器安装在离底板面1m的高度位置即可，无线采集器的端口分别编号，根据编号记录每个端口连接的传感器探头的埋置深度，不同的埋置深度的传感器探头能对应混凝土内部不同的温度；

无线采集器的采集频率为设置为3～30分钟，无线采集器开启后，无线采集器能将测温数据通过无线传输发送至集中器；

其中，集中器的安装具体为：将集中器接上电源及天线，根据现场地形情况，放在信号稳定的位置，并向上放置，确保能覆盖接收到现场每一个无线采集器的数据传送信号，待混凝土浇筑完成后，开启集中器即可开始监测混凝土的温度；

步骤七，浇筑混凝土；

步骤八，大体积砼温度监测控制，包括测温监测数据收集和测温检测数据整理查询，

其中，测温监测数据收集具体为：施工现场测温点数据每间隔3～30分钟左右测试一次，在混凝土浇筑后，无线采集器通过预埋在混凝土中的传感器采集到温度，发送给集中器，集中器利用gprs信号发送到互联网云端存储，即时记录所监测的全部温度数据，并自动生成的历史数据监测表；

其中，测温检测数据整理查询具体为：根据现场测温数据表物联网平台以曲线图方式直观描述温度变化情况，根据自动生成测温曲线趋势图可对大体积混凝土的升温、降温趋势提供科学的数据查询依据，随时查询大体积混凝土里表温度差是否控制在25℃范围之内，以检验大体积混凝土温控措施是否有效，并且在温度达到警戒值时自动报警；当温度达到警戒值时，可采用降低冷却循环水的温度和提高水流速度，从而带走混凝土内部热量；

步骤九，砼的智能喷淋养护，具体为：在模板未安装前，在板底面和剪力墙两侧用dn25的pvc管安装一套水管喷淋管网养护系统；混凝土浇筑完成之后，不拆除墙与板底模板，采用喷淋头花洒开启喷水养护，保持墙面及顶板底模板始终保持湿润，同时达到养护和润湿模板与混凝土面接触的目的；顶板混凝土面采用薄膜覆盖淋水养护或在顶板周边砌筑三皮实心机制砖，待砌筑砂浆有强度后放水进行蓄水养护，蓄水深度50mm；

喷淋间隔时间还应根据昼夜进行调节，一般白天温度高，湿度低，相应喷淋间隔时间自动缩短；晚上温度低，湿度高，相应喷淋间隔时间自动延长；

在不采用热水养护的条件下，温度低于5℃时，喷淋养护系统不启动，防止结冰；在温度高于40℃累计时间超过15min时，喷淋养护系统强制启动以调节温度；在湿度大于90%时，喷淋养护系统不启动；

步骤十，大体积砼养护措施撤除，具体为：在大体积混凝土温度监测系统检测到混凝土温度下降小于2℃/h、混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，撤去混凝土养护材料，后阶段只需进行浇水养护即可。

所述的建筑框架钢筋包括剪力墙钢筋、梁钢筋、板钢筋。

本发明严格按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》gb50204-2015、《混凝土结构设计规范》gb50010-2010、《大体积混凝土工程施工规范》gb50496-2012、《计算机产品开发文件编制指南》gb8567-88、《电力系统实时数据通信应用层协议》dl476-92、《计算机软件开发规范》gb8566-88、《远动终端通用技术条件》gb/t13729-92、《大体积混凝土温度测控技术规范》gbt51028-2015的标准执行。

本发明的有益效果在于，它具有施工效率高、过程安全、工期短、成本降低、节能环保以及工程质量容易保证的特点。

下面结合附图和实施例对本发明作更进一步说明。

附图说明

图1为本发明施工流程方框示意图;

图2为本发明中混凝土试块内部相对温湿度变化曲线图；

图3为本发明中顶板的循环水降温管网安装示意图;

图4为本发明中测温点埋设结构示意图。

图2中：1-第一阶段、2-第二阶段、3-相对湿度%、4-温度/℃、5-龄期/d、6-混凝土试块一、7-混凝土试块二、8-混凝土试块三、9-环境湿度、10-环境温度。

图3中：a1-循环水入口、a2-镀锌钢管、a3-循环水出口。

图4中：b1-竖向钢筋、b2-无线采集器、b3-传感器探头、b4-建筑框架钢筋。

具体实施方式

本发明以晋江市医院迁建工程一期医疗综合楼工程作为具体实施地点，提供如下具体实施例。

如图1所示，一种利用物联网监测控制大体积混凝土施工的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一，试块自干燥温湿度监测，具体为：

1、准备混凝土试块一6、混凝土试块二7、混凝土试块三8、pvc管、模具，

其中，混凝土试块一6的水灰比分别为0.5，混凝土试块二7的水灰比分别为0.41，混凝土试块三8的水灰比分别为0.31；

其中，pvc管两端开口光滑平整，长度、外径和壁厚分别为100mm、20mm和2mm；

其中，模具为内尺寸边长为150mm的立方体塑料；

2、当混凝土试件初凝时将pvc管植入边长为150mm的立方体混凝土试件的中心处，植入深度为75mm，接着抹平混凝土试件上的表面浆体，并用长管道变送器封堵pvc管上端口，在表面覆盖一层薄膜保湿标样1d后进行拆模，并立即用保鲜膜对混凝土试件进行密封包裹三层，保鲜膜交界处用透明胶纸封住，从而形成混凝土试块一6、混凝土试块二7、混凝土试块三8；由于混凝土试件表面近似绝湿状态，故可认为混凝土试件的内部湿度变化基本由自干燥效应引起；

3、通过混凝土试块一6、混凝土试块二7、混凝土试块三8的实验表明：不同水灰比的三种混凝土试块，水灰比越低，湿度饱和期持续时间越短，自干燥现象越明显，当混凝土试件内部缓慢失水干燥时，混凝土试件将出现缓慢收缩，这解析了大体积混凝土工程扣除温度分量的无应力计变形测值长期不稳定的机制，因此得出结论为：在合理范围内综合考虑其它各因素后尽量选择水灰比较高的混凝土；

步骤二，脚手架安装，具体为：架体每2步3跨设置一个连墙点，在框架柱的每层楼层标高位置设置连墙抱箍；所有满足与建筑四周墙柱顶紧顶牢或者与结构柱加设水平箍箍牢水平杆的端部均应与结构连接，增强整个支撑系统的刚度；在任何情况下，高支撑架的顶部必须设水平加强层；

步骤三，模板安装，它包括剪力墙支模程序、梁支模程序、板支模程序，

其中，剪力墙支模程序具体包括放线定位→模板安装预埋件→安装就位一侧模板→安装支撑→插入穿墙螺栓及套管→安装就位另一侧模板及支撑→调整模板位置→紧固穿墙螺栓→固定支撑→检查校正→连接相邻模板→检查验收；

其中，梁支模程序具体包括搭设满堂架→引测标高→铺设方木→安装底模→安装侧梁模→检查验收；

其中，板支模程序具体包括搭设满堂架→引测标高→铺设方木→铺设模板→检查验收；

步骤四，钢筋绑扎，它包括剪力墙钢筋绑扎程序、梁钢筋绑扎程序、板钢筋绑扎程序，

其中，剪力墙钢筋绑扎程序具体包括绑扎暗柱钢筋→绑扎暗梁钢筋→立剪力墙主筋→绑扎水平受力筋→检查验收；

其中，梁钢筋绑扎程序具体包括画梁箍筋位置线→放箍筋→穿梁受力筋→绑扎箍筋→检查验收；

其中，板钢筋绑扎程序具体包括画板主筋及分布筋位置线→摆放主筋→摆放分布筋→绑扎板筋→垫钢筋保护层垫块或限位卡→检查验收；

步骤五，循环水降温管网安装，如图3所示，具体为：墙身、顶板钢筋绑扎完成后，在钢筋网片之间安装冷却水循环降温管网，冷却水循环降温管网采用dn50镀锌钢管a2丝接而成，镀锌钢管a2的一管端作为循环水入口a1，冷却水从循环水入口a1进入，镀锌钢管a2的另一管端作为循环水出口a3，冷却水从循环水出口a3流出，混凝土浇筑后，钢筋网片以及镀锌钢管a2会被混凝土包裹；

步骤六，测温点布置，ac轴墙体设置3个测温点，根据墙长平均分部，中部柱子布置5个测温点；2500mm厚反梁设4个测温点，1300厚板设置4个测温点；

如图4所示，竖向钢筋与建筑框架钢筋b4通过绑扎实现固定，每个测温点根据混凝土的浇筑厚度预先分层竖向埋设传感器探头b3，传感器探头b3竖向间距按不大于600mm的间距进行布置，传感器探头b3的线与竖向钢筋b1通过绑扎实现固定，各连接线不打结缠绕，平行并向上引出至竖向钢筋b1的上端并且与无线采集器b2连接，无线采集器b2安装于竖向钢筋b1的顶端，每个传感器探头b3均垂直向下并且不碰触竖向钢筋b1，从而使浇筑后的混凝土能充分包裹传感器探头b3，每个传感器接头分别标号对应每个传感器探头b3所埋置的深度；

其中，无线采集器b2安装具体为：将无线采集器b2安装在离底板面1m的高度位置即可，无线采集器b2的端口分别编号，根据编号记录每个端口连接的传感器探头b3的埋置深度，不同的埋置深度的传感器探头b3能对应混凝土内部不同的温度；

无线采集器b2的采集频率为设置为3～30分钟，无线采集器b2开启后，无线采集器b2能将测温数据通过无线传输发送至集中器；

其中，集中器的安装具体为：将集中器接上电源及天线，根据现场地形情况，放在信号稳定的位置，并向上放置，确保能覆盖接收到现场每一个无线采集器b2的数据传送信号，待混凝土浇筑完成后，开启集中器即可开始监测混凝土的温度；

步骤七，浇筑混凝土；

步骤八，大体积砼温度监测控制，包括测温监测数据收集和测温检测数据整理查询，

其中，测温监测数据收集具体为：施工现场测温点数据每间隔3～30分钟左右测试一次，在混凝土浇筑后，无线采集器b2通过预埋在混凝土中的传感器采集到温度，发送给集中器，集中器利用gprs信号发送到互联网云端存储，即时记录所监测的全部温度数据，并自动生成的历史数据监测表；

其中，测温检测数据整理查询具体为：根据现场测温数据表物联网平台以曲线图方式直观描述温度变化情况，根据自动生成测温曲线趋势图可对大体积混凝土的升温、降温趋势提供科学的数据查询依据，随时查询大体积混凝土里表温度差是否控制在25℃范围之内，以检验大体积混凝土温控措施是否有效，并且在温度达到警戒值时自动报警；当温度达到警戒值时，可采用降低冷却循环水的温度和提高水流速度，从而带走混凝土内部热量；

步骤九，砼的智能喷淋养护，具体为：在模板未安装前，在板底面和剪力墙两侧用dn25的pvc管安装一套水管喷淋管网养护系统；混凝土浇筑完成之后，不拆除墙与板底模板，采用喷淋头花洒开启喷水养护，保持墙面及顶板底模板始终保持湿润，同时达到养护和润湿模板与混凝土面接触的目的；顶板混凝土面采用薄膜覆盖淋水养护或在顶板周边砌筑三皮实心机制砖，待砌筑砂浆有强度后放水进行蓄水养护，蓄水深度50mm；

喷淋间隔时间还应根据昼夜进行调节，一般白天温度高，湿度低，相应喷淋间隔时间自动缩短；晚上温度低，湿度高，相应喷淋间隔时间自动延长；

在不采用热水养护的条件下，温度低于5℃时，喷淋养护系统不启动，防止结冰；在温度高于40℃累计时间超过15min时，喷淋养护系统强制启动以调节温度；在湿度大于90%时，喷淋养护系统不启动；

步骤十，大体积砼养护措施撤除，具体为：在大体积混凝土温度监测系统检测到混凝土温度下降小于2℃/h、混凝土的表面温度与环境最大温差小于20℃时，撤去混凝土养护材料，后阶段只需进行浇水养护即可。