一种模板支撑体系安全监控系统及监控方法与流程

本发明属于建筑施工技术领域，尤其是涉及一种模板支撑体系安全监控系统及监控方法。

背景技术

长期以来，建筑领域模板支撑体系坍塌事故频发，给我国建设事业带来了重大经济损失和人员伤亡。采用什么技术手段实现安全控制模板支撑体系的问题，历来被众多工程技术人员所关注和重视。而目前国内对模板支撑体系的监测技术仍处于探索发展阶段，其主要方法有以下几种：

第一，采用全站仪、经纬仪、水准仪辅助人工观测的方法对模板支撑体系中架体的位移、变形进行监测，在出现较大变形时进行报警；

第二，采用应变片及精密测位仪器对模板支撑体系中部分承力立杆件进行检测，以设定的屈服强度和变形值作为参考，以此判断模板支撑体系的安全性；

第三、采用在主要受力的立杆上安装位移测量设备，通过立杆位移变化数值输出和设定报警值，来保障模板支撑体系的安全；

而以上方法在应用实践中尚存在着如下不足：

第一、以全站仪、经纬仪和水准仪作为监测手段，仍属于依赖人为经验监测为主的方法。对观测人员和观测点环境条件要求较高，模板支撑体系变化信息难于全面及连续掌握，观测值代表性差，报警反应滞后；

第二、由于市场提供的杆件材质、壁厚、不匀质的客观存在，用应变片方法检测测点的应力变化值难于具有代表性，对模板支撑体系整体是否稳定不易判断；另外采用的精密仪器在较为恶劣复杂的环境中使用要求较高，成本较大，不适宜普遍推广应用。

第三、因为模板支撑体系在人工搭建过程中，立杆的垂直度和横向联系可靠度不能精准保证，所以搭建过程中立杆本身存在位移偏差，这样通过测量立杆位移反映模板支撑体系承载力状况存在较大偏差，监测报警不准确。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种模板支撑体系安全监控系统，其结构简单、设计合理，采用载荷监测模块对模板支撑体系中监测点的载荷进行监测，避免了由于模板支撑体系本身变形等自身因素对安全状态产生的不准确判断，安装布设简便且监测精度高，成本低，实用性强。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种模板支撑体系安全监控系统及监控方法，其特征在于：包括模板支撑体系、对所述模板支撑体系进行监测的监测模块和与所述监测模块连接的数据处理模块，所述模板支撑体系包括多个支撑架单元，所述支撑架单元包括多个竖直布设的立杆和连接于两个立杆之间的水平杆，所述支撑架单元内相邻两个立杆之间的间距相同，相邻两个所述支撑架单元中立杆的间距不相同，每个所述支撑架单元中任意选择两个立杆的顶端布设监测点，所述监测点设置载荷监测模块，所述监测模块包括主控器以及与主控器相接的第一无线通信模块和第一串口通信模块，所述数据处理模块包括数据处理器以及与数据处理器相接的第二串口通信模块和第二无线通信模块，所述数据处理器的输入端接有参数输入模块，所述数据处理器的输出端接有显示屏、绿led灯、黄led灯和红led灯，所述载荷监测模块包括从控制器以及与从控制器相接的第三无线通信模块，所述从控制器的输入端接有压力传感器，所述第一无线通信模块、第二无线通信模块和第三无线通信模块无线连接，所述第一串口通信模块和第二串口通信模块通过电缆有线连接。

上述的一种模板支撑体系安全监控系统及监控方法，其特征在于：所述第一串口通信模块和第二串口通信模块均为rs232串口通信模块或者rs485串口通信模块。

上述的一种模板支撑体系安全监控系统及监控方法，其特征在于：所述第一无线通信模块、第二无线通信模块和第三无线通信模块均为蓝牙、wifi、zigbee或者gps无线通信模块。

上述的一种模板支撑体系安全监控系统及监控方法，其特征在于：所述主控器为单片机、arm微控制器或者dsp微控制器，所述从控制器为单片机、arm微控制器或者dsp微控制器，所述数据处理器为计算机。

同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理的模板支撑体系安全监控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、监测点的布设及压力传感器的安装：在每个所述支撑架单元中任意选择两个立杆的顶端布设监测点，并在多个所述监测点处安装压力传感器；其中，多个监测点分别记作监测点b1、监测点b2、...、监测点bn，n为监测点的数量；

步骤二、监测点载荷的获取：在模板支撑体系混凝土浇筑施工过程中，多个载荷监测模块分别对多个监测点的载荷进行检测，并将检测到的多个所述监测点的多个载荷值传输至主控制器，主控制器将接收到的多个所述监测点的多个载荷值传输至数据处理器；其中，任一载荷监测模块的检测和传输过程如下：

步骤201、压力传感器对任一个所述监测点的载荷按照采样周期t进行检测，并将检测到的任一个所述监测点的多个载荷值传输至从控制器；

步骤202、从控制器将接收到的任一个所述监测点的多个载荷值通过第三无线通信模块和第一无线通信模块传输至主控器；

步骤203、当采用无线数据通信时，主控器将接收到的任一个所述监测点的多个载荷值通过第一无线通信模块和第二无线通信模块传输至数据处理器；

当采用有线数据通信时，主控器将接收到的任一个所述监测点的多个载荷值通过第一串口通信模块和第二串口通信模块传输至数据处理器；

步骤三、载荷变化率的获取：采用所述数据处理器对步骤二中获取的多个所述监测点的多个载荷值分别进行处理，得到多个所述监测点的载荷变化率；其中，对任一所述监测点的多个载荷值进行处理获取任一所述监测点的载荷变化率的方法均相同，则对任一所述监测点的多个载荷值进行处理获取任一所述监测点的载荷变化率的具体过程如下：

步骤301、采用所述数据处理器根据公式获得在判断时间t的时间段内的采样点数量m；

步骤302、采用所述数据处理器根据公式δfci,j＝fci(j+1)-fci(j)，得到监测点bi相邻两个采样时刻的载荷变化量δfci,j；其中，fci(j)表示监测点bi第j次采样的载荷值，fci(j+1)表示监测点bi第j+1次采样的载荷值，j表示按照采样时刻先后顺序的采样序号，且j为正整数，i为正整数，且i的取值为1,2，、、、，n；

骤303、采用所述数据处理器根据公式得到连续m个采样点的平均变化量ki,q；其中，q为正整数；

骤304、采用所述数据处理器根据公式得到监测点bj在采样周期t内的载荷变化速率其中，ki,q+1表示下一个连续m个采样点的平均变化量ki,q+1；

步骤305、多次重复步骤301至步骤304，获取多个所述监测点在采样周期t内的载荷变化速率；

步骤四、监测点预警判断：

步骤401、采用所述数据处理器根据判断条件进行判断，当时，执行步骤402；否则，执行步骤403；

步骤402、采用所述数据处理器判断fci,q～fci,m+q是否大于荷载危险值且小于荷载严重危险值，当fci,q～fci,m+q连续大于荷载危险值且小于荷载严重危险值，则数据处理器控制黄led灯闪烁报警提醒进行立杆加固；当fci,q～fci,m+q连续小于荷载危险值，则数据处理器控制绿led灯亮，且数据处理器控制显示屏显示模板支撑体系处于安全状态；其中，所述荷载危险值和所述荷载严重危险值预先通过参数输入模块输入；

步骤403、重复步骤304和步骤401，对监测点bi的下一个变化速率进行判断。

上述的方法，其特征在于：步骤二中所述采样周期t的取值范围为0.1min～1min。

上述的方法，其特征在于：步骤301中所述判断时间t的取值范围为0.1h～0.5h。

上述的方法，其特征在于：步骤402中如果fci,q～fci,m+q连续大于荷载严重危险值，则数据处理器控制红led灯闪烁，提醒人员撤离；

步骤402中所述荷载危险值为最大荷载设计值的0.7倍，所述荷载严重危险值为最大荷载设计值的0.85倍。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用压力传感器对模板支撑体系中监测点的载荷情况进行动态连续监测，结构简单、设计合理且投入成本低。

2、本发明通过将立杆的顶部作为模板支撑体系的监测点进行载荷监测，直接对立杆的顶部受到的荷载进行实时监测，有效的避免了由于立杆本身变形等自身因素对监测结果的影响，从而及时的对模板支撑体系的安全情况做出判断。

3、本发明对判断时间内的监测点的载荷变化速率进行判断，并在载荷变化速率大于设定的变化速率时，并对监测点的载荷进行判断，当监测点的载荷大于荷载危险值且小于荷载严重危险值数据处理器控制报警器报警提醒进行立杆加固；当监测点的载荷小于荷载危险值，则数据处理器控制显示屏显示模板支撑体系处于安全状态；通过综合载荷变化速率和载荷量判断，有效地避免模板支撑体系上临时载荷增加而引起的异常报警提醒，从而提高了监测点预警判断的准确性。

综上所述，本发明设计合理，采用载荷监测模块对模板支撑体系中监测点的载荷进行监测，避免了由于模板支撑体系本身变形等自身因素对监测结果的影响，从而及时的对模板支撑体系的安全情况做出判断，安装布设简便且监测精度高，成本低，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明模板支撑体系安全监控系统的电路原理框图。

图2本发明支撑架单元的结构示意图。

图3本发明模板支撑体系安全监控方法的流程框图。

附图标记说明:

1—水平杆；2—立杆；3—数据处理器；

4—第二串口通信模块；5—载荷监测模块；5-1—压力传感器；

5-2—从控制器；5-3—第三无线通信模块；6—主控器；

7—第一无线通信模块；8—第一串口通信模块；9—黄led灯；

10—显示屏；11—第二无线通信模块；12—参数输入模块；

13—红led灯；14—绿led灯。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种模板支撑体系安全监控系统，包括模板支撑体系、对所述模板支撑体系进行监测的监测模块和与所述监测模块连接的数据处理模块，所述模板支撑体系包括多个支撑架单元，所述支撑架单元包括多个竖直布设的立杆2和连接于两个立杆之间2的水平杆1，所述支撑架单元内相邻两个立杆2之间的间距相同，相邻两个所述支撑架单元中立杆2的间距不相同，每个所述支撑架单元中任意选择两个立杆2的顶端布设监测点，所述监测点设置载荷监测模块5，所述监测模块包括主控器6以及与主控器6相接的第一无线通信模块7和第一串口通信模块8，所述数据处理模块包括数据处理器3以及与数据处理器3相接的第二串口通信模块4和第二无线通信模块11，所述数据处理器3的输入端接有参数输入模块12，所述数据处理器3的输出端接有显示屏10、绿led灯14、黄led灯9和红led灯13，所述载荷监测模块5包括从控制器5-2以及与从控制器5-2相接的第三无线通信模块5-3，所述从控制器5-2的输入端接有压力传感器5-1，所述第一无线通信模块7、第二无线通信模块11和第三无线通信模块5-3无线连接，所述第一串口通信模块8和第二串口通信模块4通过电缆有线连接。

本实施例中，所述第一串口通信模块8和第二串口通信模块4均为rs232串口通信模块或者rs485串口通信模块。

本实施例中，进一步，所述第一串口通信模块8和第二串口通信模块4均为rs485串口通信模块。

本实施例中，所述第一无线通信模块7、第二无线通信模块11和第三无线通信模块5-3均为蓝牙、wifi、zigbee或者gps无线通信模块。

本实施例中，进一步，所述第一无线通信模块7、第二无线通信模块11和第三无线通信模块5-3均wifi无线通信模块。

本实施例中，所述主控器6为单片机、arm微控制器或者dsp微控制器，所述从控制器5-2为单片机、arm微控制器或者dsp微控制器，所述数据处理器3为计算机。

本实施例中，进一步，所述主控器6和从控制器5-2均stm32l476vgt6arm微控制器。

本实施例中，所述压力传感器5-1为片式压力传感器，是因为立杆2的顶端与立杆2顶部搭建的混凝土浇筑模板之间的空隙较小，通过安装片式压力传感器，一方面不破坏模板支撑体系的结构，另外安装空间小，便于立杆2的顶部稳定，相比目前的监测体系中在立杆2的侧面设置传感器检测，提高了立杆2顶端载荷检测的准确性。

本实施例中，进一步优选，压力传感器5-1为clt-h7-8t压力传感器。

本实施例中，施工过程中，将模板支撑体系按照支撑架单元进行分类，在每个支撑架单元内任意设置两个监测点，因为支撑架单元内的立杆间距相同，因此通过两个监测点就能够对支撑架单元的稳定性进行监测和分析，进而实现整个模板支撑体系的安全监测，满足施工要求，成本较低。

本实施例中，需要说明的是，支撑架单元是根据立杆的间距不同进行分类。

本实施例中，压力传感器5-1安装在监测点对立杆2的载荷进行检测，一方面便于安装布设，因为立杆2的顶部直接承力，因此能实现立杆2载荷的准确检测，且通过立杆2的载荷，反应立杆2的承重情况；另一方面有效的避免了由于立杆2或者模板支撑体系自身变形等自身因素对监测结果的影响，从而准确的对模板支撑体系的安全情况做出判断，保证了施工的安全性。

如图3所示的一种模板支撑体系安全监控方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、监测点的布设及压力传感器的安装：在每个所述支撑架单元中任意选择两个立杆2的顶端布设监测点，并在多个所述监测点处安装压力传感器5-1；其中，多个监测点分别记作监测点b1、监测点b2、...、监测点bn，n为监测点的数量；

步骤二、监测点载荷的获取：在模板支撑体系混凝土浇筑施工过程中，多个载荷监测模块5分别对多个监测点的载荷进行检测，并将检测到的多个所述监测点的多个载荷值传输至主控制器6，主控制器6将接收到的多个所述监测点的多个载荷值传输至数据处理器3；其中，任一载荷监测模块5的检测和传输过程如下：

步骤201、压力传感器5-1对任一个所述监测点的载荷按照采样周期t进行检测，并将检测到的任一个所述监测点的多个载荷值传输至从控制器5-2；

步骤202、从控制器5-2将接收到的任一个所述监测点的多个载荷值通过第三无线通信模块5-3和第一无线通信模块7传输至主控器6；

步骤203、当采用无线数据通信时，主控器6将接收到的任一个所述监测点的多个载荷值通过第一无线通信模块7和第二无线通信模块11传输至数据处理器3；

当采用有线数据通信时，主控器6将接收到的任一个所述监测点的多个载荷值通过第一串口通信模块8和第二串口通信模块4传输至数据处理器3；

步骤三、载荷变化率的获取：采用所述数据处理器3对步骤二中获取的多个所述监测点的多个载荷值分别进行处理，得到多个所述监测点的载荷变化率；其中，对任一所述监测点的多个载荷值进行处理获取任一所述监测点的载荷变化率的方法均相同，则对任一所述监测点的多个载荷值进行处理获取任一所述监测点的载荷变化率的具体过程如下：

步骤301、采用所述数据处理器3根据公式获得在判断时间t的时间段内的采样点数量m；

步骤302、采用所述数据处理器3根据公式δfci,j＝fci(j+1)-fci(j)，得到监测点bi相邻两个采样时刻的载荷变化量δfci,j；其中，fci(j)表示监测点bi第j次采样的载荷值，fci(j+1)表示监测点bi第j+1次采样的载荷值，j表示按照采样时刻先后顺序的采样序号，且j为正整数，i为正整数，且i的取值为1,2，、、、，n；

骤303、采用所述数据处理器3根据公式得到连续m个采样点的平均变化量ki,q；其中，q为正整数；

骤304、采用所述数据处理器3根据公式得到监测点bj在采样周期t内的载荷变化速率其中，ki,q+1表示下一个连续m个采样点的平均变化量ki,q+1；

步骤305、多次重复步骤301至步骤304，获取多个所述监测点在采样周期t内的载荷变化速率；

步骤四、监测点预警判断：

步骤401、采用所述数据处理器3根据判断条件进行判断，当时，执行步骤402；否则，执行步骤403；

步骤402、采用所述数据处理器3判断fci,q～fci,m+q是否大于荷载危险值且小于荷载严重危险值，当fci,q～fci,m+q连续大于荷载危险值且小于荷载严重危险值，则数据处理器3控制黄led灯9闪烁报警提醒进行立杆加固；当fci,q～fci,m+q连续小于荷载危险值，则数据处理器3控制绿led灯14亮，且数据处理器3控制显示屏10显示模板支撑体系处于安全状态；其中，所述荷载危险值和所述荷载严重危险值预先通过参数输入模块12输入；

步骤403、重复步骤304和步骤401，对监测点bi的下一个变化速率进行判断。

本实施例中，步骤二中所述采样周期t的取值范围为0.1min～1min。

本实施例中，采样周期t的取值范围为0.1min～1min，是因为采样周期超过1min时，降低监测的及时性和判断的准确性；因为采样周期小于0.1min时，监测载荷的数据较多，对主控器6的内存要求较高。

本实施例中，步骤301中所述判断时间t的取值范围为0.1h～0.5h。

本实施例中，步骤402中如果fci,q～fci,m+q连续大于荷载严重危险值，则数据处理器3控制红led灯13闪烁，提醒人员撤离；

步骤402中所述荷载危险值为最大荷载设计值的0.7倍，所述荷载严重危险值为最大荷载设计值的0.85倍。

本实施例中，实际使用过程中，所述荷载危险值和所述荷载严重危险值可根据施工检测需求进行适当调整，以满足模板支撑体系安全监测。

本实施例中，最大荷载设计值是模板支撑体系施工之前预先设计的。

本实施例中，实际施工时，步骤402中对立杆2进行加固时，加固方法如下：在立杆2处采用钢管进行搭接，以保证立杆2的稳定性；或者在需要加固的立杆2处设置横向支撑杆和纵向支撑杆，用于抑制立杆2的变形，保证立杆2的垂直度；或者在需要加固的立杆2处设置剪刀撑等。

本实施例中，设置荷载危险值和荷载严重危险值，是为了分情况对模板支撑体系的安全性进行提醒，当处于荷载严重危险值时，所有施工人员停止作业，撤离现场，为施工人员留有足够的撤离时间，有效的保证了施工人员的安全；当处于荷载危险值和荷载严重危险值之间时，对模板支撑体系中局部立杆进行加固，有效地避免坍塌的发生，降低施工成本，且保证施工安全性。

本实施例中，设置监测点的变化速率，是为了避免模板支撑体系上临时出现大载荷而引起的报警，减少报警引起工作人员的惊慌。

综上所述，本发明设计合理，采用载荷监测模块对模板支撑体系中监测点的载荷进行监测，避免了由于模板支撑体系本身变形等自身因素对安全状态产生的不准确判断，安装布设简便且监测精度高，成本低，实用性强。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。