物联网技术建筑安全监测系统研究

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摘要:针对许多地区都出现老旧房屋坍塌事件，设计了基于物联网和云平台的房屋建筑安全监测预警系统。运用传感器技术、物联网技术、GSM/GPRS网络、云平台系统、大数据分析，实现了对管理区域内的老旧房屋建筑的安全监测，包括数据的测量、采集、传输、储存、分析以及安全管理，并配有预警系统，依据给定的阈值实现声光、短信的智能化预警。

关键词:物联网;传感器;建筑安全预警

我国许多房屋建筑始建于20世纪80年代，这些房屋建筑的使用年限达到30多年，虽未达到设计使用寿命，但考虑到当时的施工技术、施工质量以及业主私自改建等因素，这些建筑已经开始逐渐老化。国家住建部已出台相关文件，要求加紧建立危旧老楼的“病例档案”。针对多地房屋建筑出现垮塌的状况，如何做到防患于未然，避免类似事故的发生，成为了人们热议的话题。目前，危旧房屋的监测仍然以人工巡检的方式为主，费时、费力且时效性不强、监测数据间断、不连续，无法实时的、全面的、大范围覆盖监测。一旦发生房屋倒塌，后果不堪设想。因此，需要加紧对老旧危房进行全面普查，实时、动态监测房屋建筑的安全信息，以获取老旧房屋的实际状况，及时预警，最大程度上消除安全隐患，使人们居有所安。

1系统整体拓扑结构

系统整体既包括硬件设备也含有软件系统。主要包含传感器、控制器、无线传输网络GSM/GPRS、云平台服务、上位机终端等，如图1所示。

2房屋建筑安全要素

房屋因其使用年限较长，建筑材料逐渐老化、性能弱化，地基振动、滑动以及业主拆改、打孔等人为因素，导致整体结构性差、承重能力弱。一般对房屋建筑安全的监测主要从位移、倾斜、裂缝三个方面评估。位移:位移既有水平位移，又有垂直沉降位移，是房屋建筑坍塌的一个重要因素。由于地基或墙体水平滑动、迁移，导致房屋主要的承重体产生水平或垂直方向的位移改变。倾斜:倾斜是房屋建筑安全的一个重要的监测指标。房屋结构的倾斜会导致建筑结构受力不平衡、局部应力过大远远超过承重结构的承受能力，从而导致局部结构断裂，整体结构迅速倒塌，需要重点监测。裂缝:建筑物基础的不均匀沉降，地基不是整体滑移，导致裂缝产生;温度变化使不同材料产生不同程度的收缩，收缩力超过房屋建筑承受能力，出现裂缝;外界作用力，房屋内部的应力过大，使得房屋结构产生裂缝。

3建筑安全监测传感器

3．1位移传感器。位移传感器是一种金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。它分为电感式、电容式、光电式、超声波式和霍尔式位移传感器等多种。位移测定房屋的水平位置和形状随时间而产生的变化特征，提供变形趋势，监测点位一般选择在建筑的四角、核心筒的四角、大转角处。3．2沉降传感器。使用电子水准仪既能满足沉降监测精度(一等或二等水准测量)的要求，又可以方便快捷地测量并记录数据，测量结果客观。沉降位移监测点分布在地基处、横纵墙交接处、沉降缝等。3．3裂缝传感器。当被测裂缝发生变化时，带动线性位移传感器拉杆产生位移，通过转换机构传递给滑动式电阻器，滑动式电阻器将位移物理量转变为电信号量，即可测出裂缝位移的变化。3．4倾角传感器。倾角传感器用来测量相对于水平面的倾角变化量，是运用惯性原理的一种加速度传感器，可以分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式三种倾角传感器。在房屋的四角上装配倾角传感器，获得建筑物的倾斜度数据。

4软件系统

传感器所监测的数据都将通过无线模块的GSM/GPRS无线网络定时发送到云平台服务器储存。通过大数据分析技术对这些监测数据进行处理和信息挖掘，将信息传送给处理器，并与标准数据的比较，得出评估结果，提供科学的安全鉴定依据。房屋变化情况、发展变化在上位机客户监测系统平台终端，手机客户端显示。

5预警系统

当相关测量数据超过设定的阈值时系统能自动的发出预警信号。预警方式:现场声光预警、客户端软件弹出预警信息、手机短信提示，能及时通知相关人员采取安全措施，防止房屋建筑倒塌安全事故的发生，造成不必要的人员伤亡。

6结语

房屋建筑安全监测系统结合了物联网技术、信息化技术以及科学的管理平台，实现了房屋建筑安全的远程化监控，实时能对房屋的倾斜、位移、不均匀沉降、裂缝等要素进行在线监测;实现了智能化报警，通过声光、短信、客户终端等方式告警;实现了对监测数据高效的分析利用，科学地判断房屋建筑的动态趋势以及变化走向，作出安全评估。

参考文献:

［1］刘红玲，于亚鹏，常龙．基于物联网技术的大型建筑安全远程监测系统设计［J］．物联网技术，2013(10):19－22．

［2］王婷婷徐泮林郭庆坤，建设中高层建筑物的沉降观测［J］．北京测绘，2016(4):74－77．

［3］张晓飞，郝文杰，张青，等．基于STM32的裂缝位移监测系统［J］．微计算机应用，2011，32(5):52－59．

［4］刘翛，陈冠中．基于大数据的老旧房屋管理平台设计［J］．城建档案，2017(8):79－80．

作者:张立辉 王庆纲 单位:吉林建筑大学