一种数字技术支持下的钢结构整体提升动态监测施工方法

摘要

本发明公开一种数字技术支持下的钢结构整体提升动态监测施工方法，包括以下步骤：步骤1、模拟整体提升全过程、全工况，将钢结构划分为若干钢结构提升单元，分步提升，分析钢结构的应力应变情况；步骤2、选定钢结构提升单元上的监测点位，监测点位包含应力应变监测点、提升设备同步性监测点、提升单元空中姿态监测点；步骤3、现场在钢结构提升单元的对应监测点位安装终端监测设备，连接配套的数据传输设备和PC端监测系统；步骤4、调试终端监测设备和PC端监测系统；步骤5、钢结构提升过程监测，根据PC端监测系统显示的情况对提升过程及时纠偏干预；本发明有着观测方便、施工安全、数据处理效率高、智能化的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及大跨度钢结构整体提升施工监测领域，具体涉及到一种数字技术支持下的钢结构整体提升动态监测施工方法。

背景技术

钢结构整体提升施工技术应用广泛，为了确保提升过程的安全，需要对提升全过程进行监测。传统方法采用全站仪人工监测，监测时需要暂停提升，由人工采集数据，分析判断提升单元安全条件后继续提升，效率极低。另外，当提升高度较大或提升单元周围没有可靠结构时，监测人员无法架设全站仪，事先布置的观测点也容易受现场诸多条件阻挡而无法观测。

BIM建筑信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，管理三维建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。

现有技术中，钢结构整体提升施工中人工工作量大，数据处理效率低，数据监测困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种数字技术支持下的钢结构整体提升动态监测施工方法，该方案有着观测方便、施工安全、数据处理效率高、智能化的优点，适用于高空大跨度钢结构整体提升施工监测以及分步提升施工监测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种数字技术支持下的钢结构整体提升动态监测施工方法，包括以下步骤：

步骤1、模拟整体提升全过程、全工况，将钢结构划分为若干钢结构提升单元，分步提升，分析钢结构的应力应变情况；

步骤2、选定钢结构提升单元上的监测点位，监测点位包含应力应变监测点、提升设备同步性监测点、提升单元空中姿态监测点；

步骤3、现场在钢结构提升单元的对应监测点位安装终端监测设备，连接配套的数据传输设备和PC端监测系统；

步骤4、调试终端监测设备和PC端监测系统；

步骤5、钢结构提升过程监测，根据PC端监测系统显示的情况对提升过程及时纠偏干预。

上述方案中，步骤1-2中，通过建立的三维模型对钢结构的提升全程进行仿真分析，进行施工方案可行性评估，在钢结构模型上设定提升吊点，模拟提升过程中钢结构收到的应力应变情况，根据模拟情况，来设定监测点位，设置应力应变监测点用于测试分析提升过程中该点位钢结构的应力应变，设置提升设备同步性监测点用于测试分析提升设备是否同步，避免钢结构受力不均，提升单元空中姿态监测点用于测试分析钢结构姿态是否平稳；步骤3-4中，现场施工时，首先，根据监测点位对应的在要提升的钢结构提升单元上设置终端监测设备，连接数据传输设备和PC端监测系统，并进行调试；步骤5中，钢结构提升过程中，通过PC端监测系统实时的了解各个监测点位的检测情况，当检测点位测试值超出要求、出现异常情况时做出对应的处理。

根据复杂空间钢结构整体提升施工的重难点、关键点、风险点，采用三种动态监测措施，实时监测钢结构整体提升施工期间的钢结构应力应变、提升设备同步性和提升单元空中姿态，在PC端以多维可视化的形式展示，从而实现直接观察、分析及纠偏干预。

进一步的，所述步骤1包含对钢结构整体提升全过程的分解，采用软件完成计算分析，分析的工况包括地面拼装、分步多次提升、就位合龙、临时措施卸载。

地面拼装是对钢结构提升单元进行拼装，然后将钢结构提升单元提升到一定高度，进行下一个钢结构提升单元安装，将合龙的两个提升单元整体提升至下一高度，重复以上动作直到钢结构提升单元整体提升到标定安装高度，采取分步多次提升的形式保证钢结构提升单元拉升施工的安全稳定，钢结构整体合龙后卸载临时的辅助安装措施。

进一步的，所述步骤1中根据分析得出的应力情况，调整提升吊点数量和定位，优化单个钢结构提升单元范围，确保应力和应变处于规范和设计允许范围，并确定最终的实施方案。

在模拟提升施工过程中，通过对提升吊点数量和定位、单个钢结构提升单元范围进行优化，得出施工方便、快捷且安全稳定的提升施工方案。

进一步的，根据步骤1中分析得出的应力应变情况，判断钢结构各部分的选型是否满足工艺及使用要求。

对于无法满足受力要求的钢结构薄弱部分进行结构加强。根据模拟分析确定局部杆件加强或替换方案。

进一步的，所述步骤2中，应力应变监测点布置在应力应变较大的部位或对钢结构安全性相对重要的部位上；提升设备同步性监测点布置在提升吊具正下方的钢结构底部；提升单元空中姿态监测点布置在提升单元的重心。

对于应力应变较大的部位或对钢结构安全性相对重要的部位，应重点关注应力应变情况，防止结构受力集中、变形，影响结构稳定，提升设备同步性监测点的布置保证对提升吊具提升高度的灵敏度，方便测试钢结构底部与参照面间的相对距离，在重心位置设置提升单元空中姿态监测点方便于监测钢结构提升单元整体的姿态平稳性。

进一步的，所述步骤3包括现场拼装步骤，现场拼装步骤如下：

第一步、测量放线，搭设地面拼装支撑胎架；

第二步、现场拼装钢结构提升单元和加强结构；

第三步、安装提升设备；

第四步、检查验收。

首先，放线搭设支撑胎架来准备拼装，然后拼装钢结构提升单元，对需要加强的部分设置加强结构，设置提升设备后检查没问题即可进行下一步操作。

进一步的，所述步骤3中终端监测设备包含应变计、激光测距仪、倾角仪，应力应变监测点设置应变计，提升设备同步性监测点设置激光测距仪，提升单元空中姿态监测点设置倾角仪。

通过应变计来测试钢结构的应变，通过计算可得出相应的应力值，通过激光测距仪测试处监测点与参照面间的相对距离，对比各个点位的距离值可了解提升设备同步情况，通过倾角仪可了解钢结构提升单元重心处姿态和起始姿态的变化值。三个维度的监测保证了施工的质量和安全。

进一步的，将所述激光测距仪安装在连接有球铰链的垫板上，用球铰链和钢结构连接，使激光测距仪保持竖直姿态，并在激光测距仪的外侧加装防雨罩。

通过利用球铰链的自由转动配合垫板安装激光测距仪，使激光测距仪保持竖直工作状态，避免钢结构倾斜带来的测试影响，提高测试精度，因施工工期较长，为防止雨雪，设置塑料防雨罩防止雨水影响激光测距仪工作。防雨罩为塑料材质，底部为开口结构。

进一步的，所述步骤3采用数据采集仪接收终端监测设备的监测数据，再通过无线网络传输至云端数据库，最终通过PC端监测系统查看和管理。

通过数据采集仪采集数据，用无线传输的方式传输数据，减少现场数据线过多影响工作，方便于现场施工，方便PC端监测系统接受数据和进行操作管理。

进一步的，还包括：步骤6、编制监测报告；对钢结构提升进行分析和评估，并对后续提升步骤的改良提出优化建议。

通过对钢结构提升单元的提升过程监测数据进行分析和评估，对后续的提升工作进行优化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过选定监测点位设置对应的终端监测设备，以及监测系统，使工人可以在PC端方便的观察到钢结构提升过程中应力应变、提升设备同步性和提升单元空中姿态三个方面是否正常，保证施工质量，通过PC端可知直观的观察到相应的数据，并进行处理及纠偏干预；

2.通过PC端监测系统可以实时的观察各项关键点、风险点、重难点的数据，根据数据趋势及时对风险进行规避，保证了施工安全；

3.通过终端监测设备、数据传输设备、PC端系统的协同工作，不需要人工抄测和处理原始监测数据，提高了数据处理的效率，监测期间也无需暂停提升，避免了人工抄测过程的安全问题，有着无安全隐患、智能化、可视化、高效的特点。

附图说明

图1为本发明的实施例的系统框架图；

图2为本发明的实施例的应力分析图；

图3为本发明的实施例的应变分析图；

图4为本发明的实施例的应力应变监测点位布置图；

图5为本发明的实施例的同步性监测点位图；

图6为本发明的实施例的杆件应力监测图；

图7为本发明的实施例的提升设备同步性监测图；

图8为本发明的实施例的提升单元倾角监测图；

图9为本发明的实施例的钢结构提升单元提升的结构示意图；

图10为本发明的实施例的钢结构的整体结构示意图；

图11为本发明的实施例的激光测距仪的安装示意图；

图12为本发明的实施例的倾角仪的安装示意图；

图13为本发明的实施例的应变计的安装示意图；

图中：1、钢结构提升单元；2、提升塔架；3、钢绞线；4、液压提升器；5、钢结构；6、应变计；7、激光测距仪；8、倾角仪；9、杆件；10、垫板；11、球铰链；12、防雨罩；13、固定块；14、临时固定平台。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语前、后、左、右等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1-13所示，一种数字技术支持下的钢结构5整体提升动态监测施工方法，包括以下步骤：

步骤1、建立钢结构5三维模型；模拟整体提升全过程、全工况，将钢结构5划分为若干钢结构提升单元1，分步提升，分析钢结构5的应力应变情况；

步骤2、选定钢结构提升单元1上的监测点位，监测点位包含应力应变监测点、提升设备同步性监测点、提升单元空中姿态监测点；

步骤3、现场拼装钢结构提升单元1；在对应监测点位安装终端监测设备，连接配套的数据传输设备和PC端监测系统；

步骤4、调试终端监测设备和PC端监测系统；

步骤5、钢结构5提升过程监测，根据PC端监测系统显示的情况对提升过程及时纠偏干预。

上述方案中，步骤1-2中，通过建立的三维模型对钢结构5的提升全程进行仿真分析，进行施工方案可行性评估，在钢结构5模型上设定提升吊点，模拟提升过程中钢结构5收到的应力应变情况，根据模拟情况，来设定监测点位，设置应力应变监测点用于测试分析提升过程中该点位钢结构5的应力应变，设置提升设备同步性监测点用于测试分析提升设备是否同步，避免钢结构5受力不均，提升单元空中姿态监测点用于测试分析钢结构5姿态是否平稳；步骤3-4中，现场施工时，首先对要提升的钢结构提升单元1进行装配，根据监测点位对应的设置终端监测设备，连接数据传输设备和PC端监测系统，并进行调试；步骤5中，钢结构5提升过程中，通过PC端监测系统实时的了解各个监测点位的检测情况，当检测点位测试值超出要求、出现异常情况时做出对应的处理。

根据复杂空间钢结构5整体提升施工的重难点、关键点、风险点，采用三种动态监测措施，实时监测钢结构5整体提升施工期间的钢结构5应力应变、提升设备同步性和提升单元空中姿态，在PC端以多维可视化的形式展示，从而实现直接观察和分析。

钢结构建模采用BIM技术完成。步骤1中主要采用MIDAS、3D3S软件完成计算分析，步骤1是基于施工策划初拟的提升单元划分进行模拟，是对施工策划的验证和优化。所述步骤1除了用于验证和优化施工策划、形成施工方案以外，还用于判断是否需要对局部钢结构5进行加强或替换。所述步骤5覆盖提升全过程、全工况。

实施例中钢结构提升单元1是由若干杆件9组成的屋面网壳拆分结构。当监测出现同步性或者坑中姿态异常时，PC端监测系统平台会报警反馈到提升设备的控制系统，通过单点控制单个提升进行调节，当出现应力应变异常时，需要暂停提升，查明原因，进行加强处理。

所述PC端监测系统以MicrosoftVisualStudio2019为集成开发环境，以MySQL8.0.27为数据库支撑，以TCP/IP协议作为传输通讯方式，以C#、JavaScript、HTML、CSS3语言编程研发，将多通道数据采集仪传输的数据处理后，以多维可视化的形式展示，从而实现直接观察和分析。

图4中黑点为应力应变监测点位，图5中黑点为同步性监测点位，图7中显示的为三个监测点位处的提示曲线图，曲线基本同步。图8中显示的为提升单元空中姿态监测点位处倾角仪测试数据曲线。

进一步的，所述步骤1包含对钢结构5整体提升全过程的分解，采用软件完成计算分析，分析的工况包括地面拼装、分步多次提升、就位合龙、临时措施卸载。

地面拼装是对钢结构提升单元1进行拼装，然后将钢结构提升单元1提升到一定高度，进行下一个钢结构提升单元1安装，将合龙的两个提升单元整体提升至下一高度，重复以上动作直到钢结构提升单元1整体提升到标定安装高度，采取分步多次提升的形式保证钢结构提升单元1拉升施工的安全稳定，钢结构5整体合龙后卸载临时的辅助安装措施。

如图9所示，提升设备包括若干提升塔架2，提升塔架2的顶端设置液压提升器4，液压提升器4的下部连接钢绞线3，钢绞线3底端设置临时吊具，钢结构提升单元1通过临时吊具与钢绞线3连接，从而受力进行提升。提升过程包括如下步骤：

第一步：在标高-0.900m和-0.600m的楼面搭设拼装胎架，并在拼装胎架上拼装钢结构提升单元1，利用若干提升塔架2设置提升吊点，安装液压提升器4；

第二步：调试液压系统，试提升约100mm后，暂停提升，微调钢结构提升单元1的各个吊点的标高，使其处于设计姿态，测量钢结构提升单元1跨中最大变形并进行记录，并静置2～24小时；

第三步：试提升无问题后，将钢结构提升单元1整体提升约4.14m后暂停提升，在拼装胎架上安装下一钢结构提升单元1，将两个钢结构提升单元1连接成整体；并利用临时塔架D01、D02、D08～D10，即提升塔架2，设置提升吊点，安装液压同步提升系统设备即液压提升器4；

第四步：调试液压系统，试提升约100mm后，暂停提升，微调提升单元的各个吊点的标高，使其处于设计姿态，测量提升单元跨中最大变形并进行记录，并静置2～24小时；

第五步：试提升无问题后，将两个钢结构提升单元1整体提升约3.6m后暂停提升，开始安装第三个钢结构提升单元1，将三个钢结构提升单元1连接成整体钢结构；

第六步：将整体钢结构提升至设计标高，安装后装杆件9，拆除临时措施，完成屋面网壳安装作业。

进一步的，所述步骤1中根据分析得出的应力情况，调整提升吊点数量和定位，优化单个钢结构提升单元1范围，确保应力和应变处于规范和设计允许范围，并确定最终的实施方案。

在模拟提升施工过程中，通过对提升吊点数量和定位、单个钢结构提升单元1范围进行优化，得出施工方便、快捷且安全稳定的提升施工方案。

进一步的，根据步骤1中分析得出的应力应变情况，判断钢结构5各部分的选型是否满足工艺及使用要求。

对于无法满足受力要求的钢结构5薄弱部分进行结构加强。根据模拟分析确定局部杆件9加强或替换方案。

进一步的，所述步骤2中，应力应变监测点布置在应力应变较大的部位或对钢结构5安全性相对重要的部位上；提升设备同步性监测点布置在提升吊具正下方的钢结构5底部；提升单元空中姿态监测点布置在提升单元的重心。

对于应力应变较大的部位或对钢结构5安全性相对重要的部位，应重点关注应力应变情况，防止结构受力集中、变形，影响结构稳定，提升设备同步性监测点的布置保证对提升吊具提升高度的灵敏度，方便测试钢结构5底部与参照面间的相对距离，在重心位置设置提升单元空中姿态监测点方便于监测钢结构提升单元1整体的姿态平稳性。

步骤2中选定监测点位，输出监测点位布置图，方便实施。

进一步的，所述步骤3包括现场拼装步骤，现场拼装步骤如下：

第一步、测量放线，搭设地面拼装支撑胎架；

第二步、现场拼装钢结构提升单元1和加强结构；

第三步、安装提升设备；

第四步、检查验收。

首先，放线搭设支撑胎架来准备拼装，然后拼装钢结构提升单元1，对需要加强的部分设置加强结构，设置提升设备后检查没问题即可进行下一步操作。

进一步的，所述步骤3中终端监测设备包含应变计6、激光测距仪7、倾角仪8，应力应变监测点设置应变计6，提升设备同步性监测点设置激光测距仪7，提升单元空中姿态监测点设置倾角仪8。

通过应变计6来测试钢结构5的应变，通过计算可得出相应的应力值，通过激光测距仪7测试处监测点与参照面间的相对距离，对比各个点位的距离值可了解提升设备同步情况，通过倾角仪8可了解钢结构提升单元1重心处姿态和起始姿态的变化值。三个维度的监测保证了施工的质量和安全。

所述步骤3采用精度高、防水、耐腐蚀的振弦式不锈钢应变计6，采用高频率自动测距的激光测距仪7，根据提升高度选择仪器测距范围和精度，采用微电子机械系统原理的双轴倾角仪8。应变计6的两端通过固定块13与杆件9连接，倾角仪8安装在临时固定平台14上，临时固定平台14与杆件9固定。

进一步的，将所述激光测距仪7安装在连接有球铰链11的垫板10上，用球铰链11和钢结构5连接，使激光测距仪7保持竖直姿态，并在激光测距仪7的外侧加装防雨罩12。

通过利用球铰链11的自由转动配合垫板10安装激光测距仪7，使激光测距仪7保持竖直工作状态，避免钢结构5倾斜带来的测试影响，提高测试精度，因施工工期较长，为防止雨雪，设置塑料防雨罩12防止雨水影响激光测距仪7工作。防雨罩12为塑料材质，底部为开口结构。

所述激光测距仪7安装在由球铰链11和不锈钢垫板10组合成的支架上。

进一步的，所述步骤3采用数据采集仪接收终端监测设备的监测数据，再通过无线网络传输至云端数据库，最终通过PC端监测系统查看和管理。

通过数据采集仪采集数据，用无线传输的方式传输数据，减少现场数据线过多影响工作，方便于现场施工，方便PC端监测系统接受数据和进行操作管理。

安装数据采集仪，布置数据传输线路，并进行调试。

进一步的，还包括：步骤6、编制监测报告；对钢结构5提升进行分析和评估，并对后续提升步骤的改良提出优化建议。

通过对钢结构提升单元1的提升过程监测数据进行分析和评估，对后续的提升工作进行优化。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。