从建筑物实际特点出发 基于物联网技术的建筑物监测预警系统研究

将物联网技术引入监测系统中，具备远程监控、自动化分析等多重功能，突破了传统监测方式的束缚。对此，本文从建筑物实际特点出发，引入有限元分析法，设置合适测点与传感器，在其支持下获取建筑物数据并展开分析，以确保建筑物的安全性。

1房屋建筑安全要素 房屋建筑在长时间使用后易出现材料老化、地基振动等问题，整体稳定性持续下降。对于常规房屋建筑而言，其安全分析工作可从如下3个方面展开。

（1）位移：从类型上看有水平位移与垂直沉降位移两类，此项指标是评定建筑物是否会出现坍塌的关键。受地基滑动等因素的影响，承重体将出现明显的位移现象。

（2）倾斜：若建筑物出现倾斜现象，整体受力将处于非均衡状态，形成较大的局部应力且明显大于结构自身所具备的承受能力，随之出现结构断裂等问题，因此要采取重点监测措施。

（3）裂缝：基础结构发生不均匀沉降现象，随之形成裂缝。部分情况下由于温度变化幅度过大，各类材料表现出的收缩程度存在差异，当收缩力明显提升且大于建筑承受能力时便会产生裂缝。此外，若房屋内部应力偏大也会对房屋结构造成影响，使其出现不同程度的裂缝。 2建筑安全监测传感器 2.1建筑监测系统需求分析 我国城镇化进程逐步加快，建筑工程规模持续扩大。

根据相关数据得知在构成我国固定资产投资总额中，绝大部分都通过建筑项目转化为财富的方式而获得，其占比达到了总量的60%。现阶段，城市土地资源紧缺，大量高层建筑相继建成并成为市民生产、生活的重要场所。但建筑物在长期使用之下需承受源自于外界的各类影响，诸如侵蚀、地震、风等自然灾害以及一系列的人为破坏。纵观当前状况，建筑安全事故屡见不鲜，社会各界对建筑安全提出更高要求，在此背景下安全监管与检测工作显得极为重要。

2.2各类传感器

（1）位移传感器。位移传感器是建筑结构监测工作中重要的设备，可获得各类物理量，经处理后使其转变为电信号，应用较为广泛的有电感式、光电式等都多种类型的传感器。在其支持下能获得建筑物的具体信息，诸如水平位移等，经持续监测后对现有数据的分析可预判位移发展趋势。监测点位的设置普遍集中在建筑四角、大转角等区域。

（2）沉降传感器。较为常见的有电子水准仪，其监测精度高且可通过便捷化的方式监测数据，所得结果可有效反映出建筑物的实际情况。沉降位移测点的设置普遍集中在地基、沉降缝等区域。

（3）裂缝传感器。应用较为广泛的是线性位移传感器，经检测后获得位移量，并在转换机构的作用下转移至滑动式电阻器中，实现物理量向电信号的转变，进一步获得裂缝位移情况。

（4）倾角传感器。水平面倾角发生变化时可通过倾角传感器进行检测，该仪器内部设置有速度传感器，能够精确地获得倾角变化情况。关于倾角传感器的布设主要集中在房屋四角。

2.3软件系统 各类传感器可获得相对应的信号，在内置无线模块的支持下可借助GSM/GPRS网络及时传输至云平台，依托于大数据技术做进一步的分析，形成的信息转移到处理器中，与设计方案中的标准数据加以对比，最终评定建筑物的安全状况。根据房屋变化情况将具体内容利用平台终端显示出来。现阶段智能设备发展速度较快，因此检测结果可以通过手机客户端显示出来，突破了时间与空间的束缚。

2.4预警系统 依据建筑物实际情况设置阈值，若实际检测结果超出该值，将会触发系统并发出预警信号，较为可行的预警方式较多，诸如声光预警、短信提示等，通过多种手段相综合的方式及时告知相关人员，从实际情况出发确定合适的安全防护措施，以避免建筑物坍塌等问题，将不良影响范围控制到最小。

3基本架构 依托于物联网的分层结构，在创建监测系统时也采取的是3层次结构的方式：①数据采集模块：设置有多类传感器，可及时获取外界压力、内部损坏等相关数据；②数据传输模块，为满足及时传输的要求，采取的是无线传输的方式；③数据处理与监控模块，依托于大数据技术设置了数据分析软件，可掌握建筑物的整体情况，分析发生损坏的具体位置并将相关信息及时告知人员。

4模型建立本系统 引入MidasGen软件，可基于建筑物实际情况创建模型，通过有限元分析的方式评定受力情况，同时在该软件的支持下可以确定各测点的布设位置。

4.1数据采集系统 选取合适的位置安装传感器获得具体数据。节点的设置需从建筑整体情况出发，针对梁单元的各个节点有序编号，由于Zigbee是一种典型的短距离通信技术，因此在编号时需要控制好各点的间距，不可出现间距过大的情况。本系统中各节点间距以10m为宜，节点总量为41个。在上述基础上分析各节点的位移情况（即X、Y向），具体如图1所示。

通过图1（a）得知，X方向上伴随各节点编号的增加，产生的位移量随之加大，总体上节点1~20并未出现明显位移变化，但从节点21开始呈现出明显上升的趋势。综合考虑编号情况，在领头雁建筑中位移最为明显的区域集中体现在“雁头”处。因此，其周边需设置光栅位移传感器。

通过图1（b）得知，不同节点对应的Y向位移存在差异，随着编号的逐步加大，产生的位移量也随之提升。总体上节点1~25的位移出现明显的变化趋势，自节点26开始持续至节点41，此部分的位移虽有变化但极为微弱。综合考虑节点编号情况，可知领头建筑周边出现极为明显的位移现象，因此在该处安装适量的压阻式压力传感器。

通过对图1（c）得知，在节点编号逐步加大之下Z向上各节点的位移也呈现出明显增加的趋势，具体规律为节点20前（含该节点）存在微弱的位移变化，自节点21开始位移量逐步增加并持续至节点41。综合节点编号情况展开分析得知领头建筑的位移更为明显，因此需在该处各节点上安装光栅位移传感器。基于上述内容确定具体布设方案，即：节点1~20为压阻式压力传感器；节点21~25、节点26~41安装光栅位移传感器，较特殊的是节点21~25，该处还需增设压阻式压力传感器。

图1各节点的位移情况

4.2数据传输系统 考虑到数据传输的稳定性要求，本系统中引入了Zigbee无线传输方式，其具备功耗低、成本少、效率高的基本特点。传感器的各类数据传输至路由节点中，在此基础上通过路由算法处理后转移至协调器，最终将相关数据传输至终端显示设备。

5结语 综上所述，本文围绕建筑物监测系统展开探讨，引入了物联网技术，针对不同结构选择合适的传感器，经无线传输的方式转移至处理器，做深度分析并于终端设备显示。总体上，此系统对于建筑物的安全性检测具有积极意义，能够为建筑物的稳定使用提供可靠指导。 撰稿：朱焱焱，渤海石油航务建筑工程有限责任公司工程师，研究方向：港口设施数字化运维管理。

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原文标题：基于物联网技术的建筑物监测预警系统研究

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