將物聯網技術引入監測系統中，具備遠程監控、自動化分析等多重功能，突破了傳統監測方式的束縛。對此，本文從建筑物實際特點出發，引入有限元分析法，設置合適測點與傳感器，在其支持下獲取建筑物數據并展開分析，以確保建筑物的安全性。

1房屋建筑安全要素 房屋建筑在長時間使用后易出現材料老化、地基振動等問題，整體穩定性持續下降。對于常規房屋建筑而言，其安全分析工作可從如下3個方面展開。

（1）位移：從類型上看有水平位移與垂直沉降位移兩類，此項指標是評定建筑物是否會出現坍塌的關鍵。受地基滑動等因素的影響，承重體將出現明顯的位移現象。

（2）傾斜：若建筑物出現傾斜現象，整體受力將處于非均衡狀態，形成較大的局部應力且明顯大于結構自身所具備的承受能力，隨之出現結構斷裂等問題，因此要采取重點監測措施。

（3）裂縫：基礎結構發生不均勻沉降現象，隨之形成裂縫。部分情況下由于溫度變化幅度過大，各類材料表現出的收縮程度存在差異，當收縮力明顯提升且大于建筑承受能力時便會產生裂縫。此外，若房屋內部應力偏大也會對房屋結構造成影響，使其出現不同程度的裂縫。 2建筑安全監測傳感器 2.1建筑監測系統需求分析 我國城鎮化進程逐步加快，建筑工程規模持續擴大。

根據相關數據得知在構成我國固定資產投資總額中，絕大部分都通過建筑項目轉化為財富的方式而獲得，其占比達到了總量的60%。現階段，城市土地資源緊缺，大量高層建筑相繼建成并成為市民生產、生活的重要場所。但建筑物在長期使用之下需承受源自于外界的各類影響，諸如侵蝕、地震、風等自然災害以及一系列的人為破壞。縱觀當前狀況，建筑安全事故屢見不鮮，社會各界對建筑安全提出更高要求，在此背景下安全監管與檢測工作顯得極為重要。

2.2各類傳感器

（1）位移傳感器。位移傳感器是建筑結構監測工作中重要的設備，可獲得各類物理量，經處理后使其轉變為電信號，應用較為廣泛的有電感式、光電式等都多種類型的傳感器。在其支持下能獲得建筑物的具體信息，諸如水平位移等，經持續監測后對現有數據的分析可預判位移發展趨勢。監測點位的設置普遍集中在建筑四角、大轉角等區域。

（2）沉降傳感器。較為常見的有電子水準儀，其監測精度高且可通過便捷化的方式監測數據，所得結果可有效反映出建筑物的實際情況。沉降位移測點的設置普遍集中在地基、沉降縫等區域。

（3）裂縫傳感器。應用較為廣泛的是線性位移傳感器，經檢測后獲得位移量，并在轉換機構的作用下轉移至滑動式電阻器中，實現物理量向電信號的轉變，進一步獲得裂縫位移情況。

（4）傾角傳感器。水平面傾角發生變化時可通過傾角傳感器進行檢測，該儀器內部設置有速度傳感器，能夠精確地獲得傾角變化情況。關于傾角傳感器的布設主要集中在房屋四角。

2.3軟件系統 各類傳感器可獲得相對應的信號，在內置無線模塊的支持下可借助GSM/GPRS網絡及時傳輸至云平臺，依托于大數據技術做進一步的分析，形成的信息轉移到處理器中，與設計方案中的標準數據加以對比，最終評定建筑物的安全狀況。根據房屋變化情況將具體內容利用平臺終端顯示出來。現階段智能設備發展速度較快，因此檢測結果可以通過手機客戶端顯示出來，突破了時間與空間的束縛。

2.4預警系統 依據建筑物實際情況設置閾值，若實際檢測結果超出該值，將會觸發系統并發出預警信號，較為可行的預警方式較多，諸如聲光預警、短信提示等，通過多種手段相綜合的方式及時告知相關人員，從實際情況出發確定合適的安全防護措施，以避免建筑物坍塌等問題，將不良影響范圍控制到最小。

3基本架構 依托于物聯網的分層結構，在創建監測系統時也采取的是3層次結構的方式：①數據采集模塊：設置有多類傳感器，可及時獲取外界壓力、內部損壞等相關數據；②數據傳輸模塊，為滿足及時傳輸的要求，采取的是無線傳輸的方式；③數據處理與監控模塊，依托于大數據技術設置了數據分析軟件，可掌握建筑物的整體情況，分析發生損壞的具體位置并將相關信息及時告知人員。

4模型建立本系統 引入MidasGen軟件，可基于建筑物實際情況創建模型，通過有限元分析的方式評定受力情況，同時在該軟件的支持下可以確定各測點的布設位置。

4.1數據采集系統 選取合適的位置安裝傳感器獲得具體數據。節點的設置需從建筑整體情況出發，針對梁單元的各個節點有序編號，由于Zigbee是一種典型的短距離通信技術，因此在編號時需要控制好各點的間距，不可出現間距過大的情況。本系統中各節點間距以10m為宜，節點總量為41個。在上述基礎上分析各節點的位移情況（即X、Y向），具體如圖1所示。

通過圖1（a）得知，X方向上伴隨各節點編號的增加，產生的位移量隨之加大，總體上節點1~20并未出現明顯位移變化，但從節點21開始呈現出明顯上升的趨勢。綜合考慮編號情況，在領頭雁建筑中位移最為明顯的區域集中體現在“雁頭”處。因此，其周邊需設置光柵位移傳感器。

通過圖1（b）得知，不同節點對應的Y向位移存在差異，隨著編號的逐步加大，產生的位移量也隨之提升。總體上節點1~25的位移出現明顯的變化趨勢，自節點26開始持續至節點41，此部分的位移雖有變化但極為微弱。綜合考慮節點編號情況，可知領頭建筑周邊出現極為明顯的位移現象，因此在該處安裝適量的壓阻式壓力傳感器。

通過對圖1（c）得知，在節點編號逐步加大之下Z向上各節點的位移也呈現出明顯增加的趨勢，具體規律為節點20前（含該節點）存在微弱的位移變化，自節點21開始位移量逐步增加并持續至節點41。綜合節點編號情況展開分析得知領頭建筑的位移更為明顯，因此需在該處各節點上安裝光柵位移傳感器。基于上述內容確定具體布設方案，即：節點1~20為壓阻式壓力傳感器；節點21~25、節點26~41安裝光柵位移傳感器，較特殊的是節點21~25，該處還需增設壓阻式壓力傳感器。

圖1各節點的位移情況

4.2數據傳輸系統 考慮到數據傳輸的穩定性要求，本系統中引入了Zigbee無線傳輸方式，其具備功耗低、成本少、效率高的基本特點。傳感器的各類數據傳輸至路由節點中，在此基礎上通過路由算法處理后轉移至協調器，最終將相關數據傳輸至終端顯示設備。

5結語 綜上所述，本文圍繞建筑物監測系統展開探討，引入了物聯網技術，針對不同結構選擇合適的傳感器，經無線傳輸的方式轉移至處理器，做深度分析并于終端設備顯示。總體上，此系統對于建筑物的安全性檢測具有積極意義，能夠為建筑物的穩定使用提供可靠指導。 撰稿：朱焱焱，渤海石油航務建筑工程有限責任公司工程師，研究方向：港口設施數字化運維管理。

責任編輯：xj

原文標題：基于物聯網技術的建筑物監測預警系統研究

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