建筑房屋的多点倾角计监测方案

2022-05-09 16:04

湖南长沙“4·29”特别重大居民自建房倒塌事故牵动亿万人的心，截至2022年5月6日搜救最终结果公布，10人获救，53人遇难！逝者已矣，我们有很多值得反思。倒塌的这栋楼原设计只有六层，后来加高到八层，各个楼层又经过不断改建，直接严重超过设计负荷。作为传感安全监测的多年工作者，我们认为，那些建设时间比较长、楼层高的建筑，众多的自建房隐患巨大，人工一一排查工作量太大，而且日晒雨淋、地质运动、人类工程活动都在无时不刻地影响着这些危房的隐患指数，实时、在线的监测势在必行。

建筑结构开裂与变形是普遍存在的隐患，大部分结构的破坏和倒塌是因楼体变形从裂缝处开始扩展的。房屋的不合理使用、承重墙超负载、温差导致的混凝土干裂、地基的不均匀沉降等因素都会引起房屋发生倾斜，结构倾斜变形是导致楼房失稳倒塌的主要特征。一旦变形倾斜，内部应力会迅速变化，局部承重结构断裂失效后会连带其他部分迅速坍塌。

建筑房屋的多点倾角计监测方案

按常规的监测方法，可以通过布置多点静力水准仪、裂缝计、倾角传感器等设备，对房屋进行检测。但由于人工监测的周期长，布置和设备维护成本高。所以本文提出了在建筑结构变形监测中，最简单有效的多点倾斜监测法。下面针对不同的建筑结构介绍一下基于倾角计的倾斜监测的方法。

一般建筑物主体位移的倾斜观测

建筑物主体的倾斜观测，根据建筑物的高度H，建筑物主体的倾斜度i，计算建筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值△，即

△＝i＊H ＝ tan α ＊H

式中 i——建筑物主体的倾斜度；

H——建筑物的高度（m）；

α——倾斜角（°），可以基于三轴的倾角计分解为俯仰、横滚、航向三个维度的变化。

倾斜测量主要是测定建筑物主体的偏移值Δ。偏移值Δ的测定按规范采用经纬仪投影法，为下图ΔA 和ΔB的平方和的根。

建筑房屋的多点倾角计监测方案

建筑物基础沉降的倾斜观测

通过建筑物的基础倾斜观测量i，再根据两点间的距离L，可以在线监测出基础两端点的沉降量差值Δh，即

△H ＝ L＊ i

建筑房屋的多点倾角计监测方案

对整体刚度较好的建筑物的倾斜观测，亦可采用基础沉降量差值，推算主体偏移值。

比如结合精密水准测量测定建筑物基础两端点的沉降量差值Δh，再根据建筑物的宽度L和高度H，推算出该建筑物主体的偏移值ΔD，即

ΔD＝Δh／L＊H

蓝牙倾角计

蓝牙倾角计BTS（Bluetooth Tilt Sensor）是敏源传感基于最新的导航级三轴MEMS加速度芯片，是一款新型、智能、适用多种应用场景的微功耗多功能监测仪系统。倾角计集成了蓝牙通信系统及低功耗供电系统，可输出三维的加速度、角度以及温度等多参数信息。产品尺寸小、成本低，可配合蓝牙／4G网关实现多传感监测点接入，内置电池可连续工作三年，便于安装、降低了应用成本。广泛应用于崩塌、建筑工程、输变电塔、危房、危险物等安全监测领域。

建筑房屋的多点倾角计监测方案

蓝牙倾角计

测量范围：沿X／Y／Z三轴旋转的角度变化信息，－90～＋90?；

倾角精度：±0．1?

倾角分辨率：0．002?；

三轴加速度分辨率：0．1mg；

工作温度范围：－40℃～＋125℃，带温度传感输出；

供电：内置电池，10min一次采集，可以连续工作3年；

功耗：内置电池3年寿命；

产品尺寸：64x59x37mm（长x宽x高）；

可配合蓝牙／4G网关实现1－32个传感监测点接入；

网关组网灵活，与网关通信半径50米；

防水等级：IP68。

实际应用案例

下图为多点蓝牙倾角计监测的应用案例。广西某武警支队后山挡土墙有鼓胀、裂缝等形变，为防止崩盘、滑坡等地质灾害，根据实际形变隐患点布置了30处蓝牙倾角计，如下图粉色点所示。由于整个安装区域面积较大，部分监测点有岩体及植被的遮挡，4G蓝牙网关在中心处布置了两台，如黄色点所示，每台负责15台倾角计的监测平台接入。

建筑房屋的多点倾角计监测方案

每处安装点用PVC衬板打膨胀螺丝固定

针对规模大的建筑，比如监测点大于5个，我们推荐使用上述的带4G蓝牙网关的蓝牙倾角计BTS。如果建筑规模只需要监测1－5个点，则可使用另外一种直接NBIOT上网的更经济方案：NBTS 倾角计。

NB倾角计

NB倾角计NBTS是一款高精度的姿态测量设备，集供电、数据采集和传输等功能于一体。设备包含高精度三轴MEMS重力加速度和温度传感，具备阈值触发功能，功耗低，内置电池，3年免维护，可布控在危岩体、挡土墙、危房、滑坡、电塔等监控隐患点周围，在线监测崩塌、滑坡、形变、倾斜、沉降等隐患，广泛应用在地灾监测、桥梁、建筑物等安全监测领域。

建筑房屋的多点倾角计监测方案