1、上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 编号：20150529CEZF 密级：01 上海辉格科技发展有限公司 建立日期：2015年02月25日 房屋安全动态监测系统 技术解决方案 编写：张峰 审核：张峰 批准： 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 目 录 1. 总则. 1 1.1 危房描述 . 1 1.2 产生原因 . 1 1.3 危房管理 . 2 1.4 构成危房的因素 . 2 1.5 监测危房的要素 . 5 1.6 监测系统描述 . 6 2. 系统功能 . 7 2.1 数据采集与测量 . 7 2.2 实时性与告/预警 . 11 2.3 系统管理 . 12 2.4 配置管理 . 13 2
2、.5 告警管理 . 13 2.6 维护管理 . 14 3. 系统构成 . 16 3.1 传感层 . 16 3.2 监测单元 . 21 3.3 监测中心 . 21 3.4 维护终端 . 22 3.5 监测数据通道 . 22 3.6 系统配置 . 23 4. 系统技术性能 . 24 4.1 一般要求 . 24 4.2 采集精度要求 . 24 4.3 传输及接口要求 . 24 4.4 告警要求 . 24 4.5 安全性要求 . 25 4.6 扩展性要求 . 26 4.7 环境要求 . 26 5. 传感器设备 . 26 5.1 倾斜仪SST222 26 5.2 位移计VDM-200L . 27 5.3
3、 裂缝计VDM-20F . 27 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 1 - 1. 总则 1.1 危房描述 危房，即危险房屋。 据城市危险房屋管理规定，危险房屋是指，“结构已严重损坏或承重构件已属危险构件，随时有可能丧失结构稳定和承载能力，不能保证居住和使用安全的房屋。”如下图所示， 1.2 产生原因 a) 先天性原因，如房屋原始设计中有严重错误，甚至无正式设计。或房屋建造施工质量很差，未进行正式竣工验收。 b) 使用原因，如改变原设计用途，严重超载使用；如擅自改变结构、违章改建或增层；如使用环境受化学腐蚀或振动的影响。 c) 装修及周边施工活动，如原房屋施工时对原结构的破坏；毗邻建房
4、的影响；如周边工地施工的不良影响。 d) 各种灾害的破坏，如地震、地陷、火灾、水灾、爆炸、撞击、冰雪灾害、蚁害等造成的破坏。 e) 房屋超年使用而缺少维护。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 2 - 1.3 危房管理 为什么要管理危房？ a) 国家相关规范要求，城市危险房屋管理规定于1989年11月16日经建设部部务会议审议通过，1989年11月21日建设部令第4号发布，1990年1月1日起施行。 2004年7月20日根据建设部关于修改的决定修正 。本规定为了强化城市危险房屋管理，保障居住和使用安全，促进房屋有效用。 b) 事故频发拷问政府职能是否做到位？ c) 政府官员政绩的“安全
5、一票否决制“考核。 d) 信息化时代，安全事故易被放大，影响社会稳定与和谐。 如何危房管理？ 房屋安全管理是每个城市房地产管理部分十分重要而又异常棘手的职责和任务。房屋安全管理的目的是要确保有房屋的安全使用，而现实情况是塌房伤人事故时有发生。为了提高管理效率，减少社会成本，管理部门部门首要的是应着眼于“防“字，政府管理部门依据法律法规，采取行之有效的行政管理措施，同时结合当前的传感器技术和信息化互联网技术，投入资金开发一种房屋安全管理的信息化系统，做到事故发生时提前预警、危房实时监控，让危机处于管控状态，减少安全事故成本和政府的危机处理成本，提高危房管理效率。其次，才是着眼于“治“字，即责任主
6、体采取相应的技术措施，解除已有危房对人民生命财产的安全威胁。从安全管理的整体效果看，“防“的效果要大于“治“的效果。 1.4 构成危房的因素 依据城市危险房屋管理规定，危险房屋是指，“结构已严重损坏或承重构件已属危险构件，随时有可能丧失结构稳定和承载能力，不能保证居住和使用安全的房屋。”构成危险房屋的因素有， 1) 地基、基础 a) 地基因滑移，或应承载严重不足，或因其他特殊地质原因，导致不均匀沉降引起明显倾斜、位移、裂缝、扭曲等，并有继续发展的趋势。 b) 地基因毗邻建筑增大载荷，或应自身局部加层增大载荷，或因其他人为因素，导致不均匀沉降，引起结构明显倾斜、位移、裂缝、扭曲等，并有继续发展的
7、趋势。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 3 - c) 基础老化、腐蚀、酥碎、折断，导致结构明显倾斜、位移、裂缝、扭曲等。 2) 钢筋混泥土结构部件 a) 柱、墙 柱产生裂缝，保护层部分剥落， 主筋外露；或一侧产生明显的水平裂缝，另一侧混凝土被压碎，主筋外露； 或产生明显的交叉裂缝。 墙中间部位产生明显的交叉裂缝， 或伴有保护层剥落。 柱、墙产生倾斜， 其倾斜量超过高度的1/100。 柱、墙混凝土酥裂、碳化、起鼓， 其破坏面超过全面积的1/3，且主筋外露，锈蚀严重，截面减少。 b) 梁、板 单梁、连续梁跨中部位，底面产生横断裂缝，其一侧向上延伸达梁高的2/3以上； 或其上面产生多条明
8、显的水平裂缝，上边缘保护层剥落，下面伴有竖向裂缝； 或连续梁在支座附近产生明显的竖向裂缝； 或在支座与集中荷载部位之间产生明显的水平裂缝或斜裂缝。 框架梁在固定端产生明显的竖向裂缝或斜裂缝，或产生交叉裂缝。 简支梁、连续梁端部产生明显的斜裂缝， 挑梁根部产生明显的竖向裂缝或斜裂缝。 捣制板上面周边产生裂缝， 或下面产生交叉裂缝。 预制板下面产生明显的竖向裂缝。 各种梁、板产生超过跨度1/150的挠度，且受拉区的裂缝宽度大于1mm。 各类板保护层剥落，半数以上主筋外露， 严重锈蚀，截面减少。 预应力预制板产生竖向通裂缝； 或端头混凝土松散露筋，其长度达主筋的100以上的。 c) 屋架 产生超过跨
9、度1/150的挠度， 且下弦产生裂缝大于1mm竖向裂缝。 支撑系统失效导致倾斜， 其倾斜量超过屋架高度的2/100。 保护层剥落，主筋多处外露、锈蚀。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 4 - 端节点连接松动，且有明显裂缝。 d) 墙 墙体产生缝长超过层高的1/2、缝宽大于2cm的竖向裂缝，或产生缝长超过层高1/3的多条竖向裂缝。 梁支座下的墙体产生明显的竖向裂缝。 门窗洞口或窗间墙产生明显的交叉裂缝或竖向裂缝或水平裂缝。 产生倾斜，其倾斜量超过层高的1.5/10 0（三层以上，超过总高的0.7/100），或相邻墙体连接处断裂成通缝。 风化、剥落，砂浆粉化， 导致墙面及有效截面削弱达
10、1/4以上（平均达1/3以上）。 e) 柱 柱身产生水平裂缝， 或产生竖向贯通裂缝，其缝长超过柱高的1/2。 梁支座下面的柱体产生多条竖向裂缝。 产生倾斜，其倾斜量超过层高的1.2/100（三层以上，超过总高的0.5/100）。 风化、削落、砂浆粉化， 导致有效截面削弱达1/5以上（平房达1/4以上）。 f) 过梁、拱 过梁中部产生明显的竖向裂缝； 或端部产生明显的斜裂缝；或支承过梁的墙体产生水平裂缝； 或产生明显的弯曲、下沉变形。 筒拱、扁壳、波形筒拱，拱顶母线产生裂缝；或拱曲明显变形；或拱脚明显位移；或拱体拉杆松动，或锈蚀严重，截面减少。 3) 木结构构件 a) 柱 柱顶撕裂、榫眼劈裂，柱
11、身断裂。 因腐朽变质，使有效截面减少， 柱脚达1/2以上，柱的其他部位达1/4以上。 蛀蚀严重，敲击有空鼓声。 b) 2、梁、搁栅、檩条 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 5 - 中部断裂；或产生明显的斜裂缝； 或产生水平裂缝，其长度与深度分别超过构件跨度与构件高度的1/3。 梁产生超过跨度1/120的挠度， 搁栅、檩条产生高度1/100的挠度。 因腐朽变质，使有效截面减少达1/5以上。 蛀蚀严重，敲击有空鼓声。 榫头断裂，支座松脱。 c) 3、屋架 支撑系统松动失稳，过度变形， 导致倾斜，其倾斜量超过屋架高度的4/100。 上、下弦杆断裂；或产生明显的斜裂缝； 或产生明显的弯曲变形
12、。 上、下弦杆因腐朽变质， 使有效截面减少达1/5以上。 蛀蚀严重，敲击有空鼓声。 主要节点，或上、下弦杆连接失效。 钢拉杆松脱；或严重锈蚀， 截面减少达1/4以上。 4) 其他结构构件 a) 土墙 墙体产生倾斜，其倾斜量超过层高1.6/100。 墙体风化、 硝化深度达墙厚的1/4以上：或有墙脚长度的1/4，其受潮深度达墙厚。 产生两条以上的竖向裂缝， 其缝深达墙厚、缝长超过层高的2/3。 b) 2、混合墙、乱石墙 墙体产生倾斜，其倾斜量超过层高的1.2/100。 墙体连接处产生竖向裂缝， 其深度达墙厚、缝长超过层高的1/2；或墙体产生多条竖向裂缝，其缝深达墙厚、缝长超过层高的1/2。2 1.
13、5 监测危房的要素 通过对构成危房的因素的阐述，可以归纳出危房的监控要素由倾斜、位移、不均匀沉上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 6 - 降(还可以考虑均匀沉降)、裂缝、扭曲等。 倾斜要素的监测：在危房的不同位置，布置倾斜仪，测量这些位置的倾斜角度的改变； 位移要素的监测：在危房的关键位置处，布置位移计，测量这些关键位置处的位移改变； 不均匀沉降要素的监测：在危房的地基四个角落，分布布置倾斜仪，已知四个角落位置之间的距离，通过测量四个位置的平面二维角度变化，间接计算出房屋的不均匀沉降位移； 裂缝要素的测量：在已产生微小裂缝的关键位置处，布置裂缝计，测量这些裂缝计的大小变化； 扭曲要求的
14、检测：在危房的地基四个角落，分布布置倾斜仪，每个角度布置的倾斜仪都可以单独实现该位置处的二维角度变化，对比四个角落位置的二维角度差异，判断危房的整体扭曲状况； 1.6 监测系统描述 监测系统为房屋安全动态监测系统，本系统结合当前的传感器技术和信息化互联网技术，实现对一栋或多栋房屋的安全做远程化监控，系统具有以下功能： 实现对每栋房屋的倾斜、位移、不均匀沉降、裂缝、扭曲等要素测量； 每栋房屋作为一个监测点对象，其各个要素测量值可以被无线上传至远程服务器； 系统软件由远程服务器中心管理软件、PC终端客户端软件、移动设备App应用软件等组成，便于数据收集、存储、分析，以及用户权限的管理； 系统具有告
15、警功能，通过多种手段，如短信、邮件、互联网客户端显示； 系统具有权限管理功能，针对不同的用户开放不同的权限； 系统具有统计与分析功能，通过对长期观测数据的记录，给出分析报告、统计报告； 系统具有扩容能力，能够将点集入至片区，再由片区集入至大区； 系统实时数据收集、实时告警； 系统具有对外开放共享功能； 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 7 - 2. 系统功能 1区级监控中心3G/4G网络Internetn区级监控中心3G/4G网络InternetInternetInternet远端数据管理中心A市级监控中心 B市级监控中心InternetInternet第三方用户图1、监控系统框图
16、如图1所示，说明了整个房屋安全动态监测系统构架，房屋安全动态监测系统采用成熟的信号采集、控制、网络通信等技术，结合一流的传感技术、信号传输技术、数据分析技术，对房屋健康状况进行实时监测、并及时预警和告警。系统的主要功能包括以下几部分。 2.1 数据采集与测量 数据采集与测量中心能够实时地采集房屋的倾斜、位移、不均匀沉降、裂缝等，进行上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 8 - 处理、存储、上传。 数据采集与测量中心能够对房屋的当前状态数据实现无线(如GPRS、3G/4G等)方式、有线方式(RJ-45以太网接口)上传。 数据采集与测量中心的数据上传策略包括实时性、周期性、查询等三种模式，这
17、三种模式是通过控制中心配置完成。 如周期性，是指数据采集与测量中心以一定周期上传监测数据，周期间隔是可以设置的，但是数据采集与测量中心对房屋状态监控是实时性，实时性的监测数据会被存储，存储数据以一定的机制被选择性上传。 如实时性，是指数据采集与测量中心每监测到一组完整房屋状态数据立刻上传，并不存储。所谓实时性是相对的，相邻两次上传时间间隔很短，这是由系统软件性能和容量及硬件性能决定，是最快的一种上传数据的方式。 如查询，数据采集与测量中心只有在被查询时，才会将当前的运行状态数据响应性上传。查询时间间隔不能超过实时性时间的要求。 数据采集与测量中心可随时接收并响应监测中心的查询、配置等控制命令。
18、系统的监测指标包括下面几种。 2.1.1 倾斜监测 因地基滑移，或因承载严重不足，或局部碎陷，导致房屋整体或局部产生相对于铅垂方向的角度倾斜，房屋作为一个被监测的三维立体对象，设置监测点时，应考虑多点布设监测点，如在承重墙位置、或在房屋地基四个角落等。实时地监测房屋的倾斜参数状态，能够及时反馈房屋的当前状态，当房屋的倾斜度超过预设门限值时，系统应产生告警信号。如图2所示， 图2 房屋倾斜监测 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 9 - 2.1.2 不均匀沉降监测 因地基滑移，或因承载严重不足，或局部碎陷，造成房屋地基凸凹不平，或者一片区域的房屋地基处于起伏变化状态，导致房屋的主体承重结
19、构处于受力变化状态，可能会导致主体结构承重力过载而断裂。当不均匀沉降值超过预设门限值时，系统应产生告警信号。如图3所示， 图3 不均匀沉降 2.1.3 位移监测 因地基水平滑移，或因墙水平迁移，导致房屋关键承重结构体产生水平或垂直方向的位移改变。当位移值超过预设门限值时，系统应产生告警信号。如下图4所示， 图4 位移测量 2.1.4 裂缝监测 因地基滑移，或因承载严重不足，或局部碎陷,导致墙、混泥土结构、地基结构等产生裂缝，裂缝越大，所处的结构越易断裂或塌落，当裂缝值超过预设门限值时，系统应产生告上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 10 - 警信号。如下图5所示， 图5、裂缝及裂缝测量
20、 2.1.5 扭曲监测 因地基不是整体滑移，或因地基局部承重不均，造成房屋不是整体发生倾斜仪，房屋多个局部倾斜仪不一致，表现出房屋出现扭曲趋势或变化。通过在房屋地基布置多个倾斜仪，每个倾斜仪能够测量水平二维角度变化，多个倾斜测量的二维角度数据，可以将房屋的扭曲状态描绘出来，如图6所示， 图6、房屋扭曲测量 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 11 - 2.2 实时性与告/预警 2.2.1 实时性 图7 系统分层传输数据链 整个系统采用分层、分级、自下而上的工作模式，系统的每一级或层对实时性的要求都是不一样的，同时为了分解系统压力，系统对每一级或层的实时性都做规定。数据采集测量中心与传感
21、器单元之间通讯和云端数据管理中心的报警数据传输是实时的。 数据采集与测量中心和区级监控中心之间的数据交互可以是实时性的，也可以是周期性的，也可以查询方式； 区级监控中心和市级监控中心之间的数据上传是定时上报方式，如每1h上传至市监上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 12 - 控中心； 市级监控中心和云端数据管理中心之间的数据上传是定时上传，如每24h上传至云端数据中心； 系统采用人性化的采集显示界面，方便用户对进行监控和数据采集。 2.2.2 告/预警 系统采取分级告警的方式，及时在监测中心维护管理终端上发出分级告警信号，具有多地点、多事件的并发告警功能。 系统可以在维护终端界面固定区
22、域明显标示出告警信息，采用声光告警的形式，提示值班人员，并自动产生巡检指令。 系统可以根据的运行情况及相关监测数据，综合历史监测数据，分析出的健康状态并准确的判断对通讯的影响及危害程度，为运用维护提供预警信息。 查询统计分析 系统具有根据告警时间、告警地点、告警类型、告警等级等对历史数据进行多条件查询、统计分析的功能。 系统应能够按照单个及全部等多种组合方式生成监测数据的日、月、年统计报表和变化曲线。 下图为告警显示界面，通过告警监控可以实时看到已发生告警的节点状态。 2.3 系统管理 系统管理功能包括配置管理、告警管理、性能管理和安全管理功能等内容。 2.3.1 设备管理 系统可查询、修改设
23、备信息，在设备接入时，能够主动上报接入的设备信息，并由管理员确认与其关联的站点。 2.3.2 站点管理 站点管理功能可手动添加、查询、修改站点相关信息，也可用通过监测单元实现站点信上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 13 - 息主动上报。 2.3.3 片区管理 市区管理人员具有片区管理配置功能，可配置管理区一级的相关信息，如：区id、区名、区级数据服务器地址等信息。 2.4 配置管理 监测系统应能方便地添加、删除监测对象，配置、修改监测对象的参数。 系统应提供配置数据的查询、统计手段，用户可对设备配置数据进行查询、统计、报表和打印。 2.5 告警管理 告警管理提供对监测对象的故障告警信
24、息进行集中监测和管理。能够实现对告警数据的实时采集和集中监测，能准确定位故障。 2.5.1 告警级别分类 a) 紧急告警：已经或即将危及整个通讯的安全，应立即处理的告警； b) 重要告警：可能影响自身安全，需要安排时间处理的告警； c) 一般告警：向维护人员提示的信息； 系统应提供告警级别设置功能，用户可灵活设置告警的级别。 2.5.2 告警状态分类 a) 新产生告警：未确认、未清除的告警； b) 已确认告警：未清除但已确认的告警； c) 未确认告警：未被确认但已经清除的告警； d) 已清除告警：已被确认并已经清除的告警。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 14 - 2.5.3 告警
25、的确认 系统应提供告警确认功能，由用户对告警信息进行确认。 2.5.4 告警过滤 系统应具有一般告警过滤功能，可根据需要设置告警显示和提示的过滤条件，只有符合条件的告警信息才显示/提示给用户。 2.5.5 告警源分类 序号 告警源描述 告警级别 告警类型 告警方式 1 传感器超过告警值 紧急 安全类 手机短信、告警声音、告警灯 2 数据采集中心无法与传感器通讯故障 通信类 手机短信、告警声音、告警灯 3 传感器数据出现异常，如波动太快 安全类 手机短信、告警声音、告警灯 4 数据采集中心与区监控中心通讯故障 通信类 手机短信、告警声音、告警灯 5 传感器超过预警值 重要 安全类 告警声音、告警
26、灯 6 传感器与数据采集中心通讯不畅通 通信类 告警声音、告警灯 7 传感器接近预警值的90% 安全类 告警声音、告警灯 8 维护人员未能周期性现场巡检 一般 管理类 告警灯 9 数据中心繁忙 安全类 告警灯 2.6 维护管理 维护管理功能包括用户及权限管理、系统日志管理等。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 15 - 图8 监控系统中的权限分配 权限管理：系统应具有维护人员、区级监控管理人员、市级监控管理人员、总监控中心、远程第三方用户管理等多级权限管理功能。 总监控中心、建设方、系统商、移动使用方等都归为远程用户管理，只是总监控中心的权限最大，其他角色只能有限的查询、展示功能，不
27、具有对系统发送指令等操作权限，他们只能通过Internet网络对远程数据管理中心进行访问，不能直接与区级监控中心、市级监控中心进行数据交互。 维护人员只能进行普通的信息查看、告警确认、报表生成等操作，只对本片区通讯负责。区级监控中心可以实现重要的参数和系统配置参数的修改必须使用安全密码才能进行，不具有跨片区访问权限。市级监控中心，向下只能对所管辖区进行数据收集、存储、分析，向上只能对云端数据管理中心上传数据源或下载历史数据等。 用户管理：系统具有用户管理功能和用户组管理功能。用户管理功能包括对用户信息的上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 16 - 增加、删除、修改和查询。 用户组管理功
28、能包括对用户组信息的增加、删除、修改和查询。 用户管理功能和用户组管理功能只能由授权的用户实施。 系统日志管理，包括系统访问日志和系统操作日志。 系统访问日志包括用户名称、登录终端标识、登录时间和退出时间等。系统操作日志包括实施操作的用户名称、操作时间、操作对象、操作结果等。 3. 系统构成 监测系统应采用分层和模块化的设计方式，由传感层、监测单元、监控中心和维护终端组成，如图9示。系统具有、现场用户、安保人员、设备管理中心(简称设管中心)、总控制与操作中心(简称总控中心)、远程用户(如系统提供商远程维护)等多级管理模式，通过设置不同的权限进行分级管理。 图 9 监测系统体系层次示意图 3.1
29、 传感层 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 17 - 传感层负责获取安全监测数据，如倾斜、沉降、位移、裂缝等数据，如图10所示。 图10 安全防护采集传感层设备 3.1.1 倾斜监测 倾斜监测设备主要由倾斜传感器等组件组成。倾斜传感器的倾斜角度测量原理是基于加速度计测量重力加速度的倾斜分量，以重力铅垂方向为参考基准，倾斜角度与重力加速度的分量成反正弦关系，如图10所示。 房屋的倾斜监测主要监测房屋在恶劣环境等情况下(如灾害天气)房屋的安全倾斜度，或日积月累的时间下房屋老化后变形倾斜，或地基在长时间条件下的沉降导致房屋倾斜。 利用倾斜传感器能够实现对房屋倾斜度监测，具体原理如图10所示
30、： 大地水平面垂直方向房屋倾斜角度倾角传感器图 10 倾角传感器检测房屋倾斜原理 对倾角传感器的要求： 量程：15 精度：0.05%F.S 稳定性:0.01 测量轴向：双轴轴向，分别测量水平面内两个相互垂直方向的轴相对于大地水平上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 18 - 面的倾斜角度； 输出方式：由于现场环境不预测，按照户外布置要求，倾斜传感器的输出方式需抗干扰能力强，如RS485或420mA电流信号形式，成本也可以控制。 安装方式：提供辅助安装治具，如下图11所示 锚杆安装孔(13mm)零点调节传感器安装孔图11、安装使用 3.1.2 位移监测 位移检测，房屋某个关键结构部件，如梁
31、、柱或承重墙的位移改变，或房屋地基的可能存在的水平缓慢滑移。在房屋健康状态发生改变时，会直接反应出来。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 19 - 通过安装三向位移计，监测这部分位移的变化量。位移计的量程一般较大，位移计的要求如下, 量程：200mm; 精度：0.1%F.S 耐水压:1MPa 输出：RS485或正弦输出配正弦转换模块； 3.1.3 不均匀沉降监测 沉降分为均匀沉降和不均匀沉降，均匀沉降为地层在垂向方向产生相同的位移变化，地层以上建筑不会产生倾斜，破坏力小；不均匀沉降为地层在垂向方向产生不一致的位移变化，这种变化会造成地层上的建筑物产生倾斜、水平方向位移滑动等，破坏力大
32、。 房屋安全动态监测系统侧重于对不均匀沉降的监测，不均匀沉降导致房屋倾斜，地质破坏力大，地质承重不均，进而导致地表层房屋建筑产生水平滑移趋势、或严重坍塌。房屋地基产生不均匀沉降，会导致房屋建筑主体结构承重载荷不平衡，产生结构裂缝或断裂等。 传统上，不均匀沉降监测仪器为静力水准仪，通过设定基准点和铺设管路，计算各个管路与基准点的水位差，得出沉降量。这种方式需要科学地现场施工，和设定稳定的基准点，主要在工程施工方面比较麻烦，成本相对较高，基准点难确定等。 当前，利用倾斜传感器测量不均匀沉降，目前是比较科学、合理、成本可控的。可以在房屋地基四周布置多个倾斜传感器，如图12所示，分布四个倾斜传感器(A
33、、B、C、D)，每个传感器可以测量水平二维角度倾斜，以A为参考基准，B、C、D三个倾斜传感器相对于A倾斜传感器在二维X、Y方向上的相对倾斜角度变化量，并已知它们之间的位置距离L，可以计算出B、C、D三个位置在相对于A位置的垂向位移变化L*sin()。 BDCAxyzLA另一个位置点图12、倾角传感器测量沉降 最新的光纤传感器测量不均匀沉降，是基于光纤传感器测量应变大小的方式，获取不均匀沉降量。这种测量技术成熟、现场铺设方面、成本可控制、传输方便，但是由于光纤传上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 20 - 感器测量应变范围不足，导致测量量程受限。 倾角传感器要求如3.1.1描述。 3.1
34、.4 裂缝监测 因地基倾斜滑动、或因地基的不均匀沉降，导致墙、柱、梁等混凝土结构产生裂缝，并且有发展趋势。裂缝越大，坍塌、断裂的风险越大，对可能产生裂缝趋势的位置，如已经发现微小裂缝出，此处位置安装裂缝计，监测裂缝变化大小。如下图13所示， 图13、裂缝计测量裂缝 裂缝计测量裂缝的原理，如光纤、电阻式、电感式等，由于房屋裂缝监测，包括裂缝长度和裂缝宽度，裂缝宽度的检测是可以通过裂缝计测量，裂缝的长度检测目前没有合适在线监测仪器。可以在裂缝产生的竖向方向，在符合城市危险房屋管理规定要求处，再安装一个裂缝计，检测裂缝长度是否发生延伸。 由于房屋裂缝变化范围很小，决定需要小量程的裂缝计，考虑成本和安
35、装方便，可以使用光纤裂缝计或小量程的电阻式裂缝计。裂缝计的要求如下， 测量范围：20mm; 测量精度：0.02mm; 安装方式：表面固定式； 输出信号：RS485或通过光猫解调输出 3.1.5 扭曲监测 房屋扭曲监测，是通过安装在房屋地基不同关键角落位置，各个角落位置的角度变化反映出房屋整体姿态改变。安装测量方式如3.1.1和3.1.3所描述。软件3D建模，反应房屋扭曲影像，给人直观的感受。如下图14所示， 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 21 - 图14 3.1.6 其它 其他现场设备包括通信模块（电台、3G/4G等）。 3.2 监测单元 监测测单元汇聚收集前端各类安全监测数据，
36、并进行数据预处理，由协议转换模块完成前端多种协议数据的标准化工作。经过格式化后的标准协议数据通过传输数据通道上传到监测中心。 监测单元功能主要由监测采集处理主机实现。采集机硬件应采用模块化结构设计，同一采集单元能同时接入多个不同类型监测设备，完成倾斜、位移、不均匀沉降、裂缝、扭曲等的采集、初步分析和预处理以及对防盗告警的实时状态监测。 现场采集单元具备自检和对监测状态的巡检功能，实现对安全隐患的诊断、定位及告警；同时，能够将故障信息上传至监测中心并接受监测中心的集中监测管理。 3.3 监测中心 监测中心根据实际业务的需求，实现监测数据和告警数据的分析、存储和转发。监测中心实现面向全范围的安全监
37、测管理，满足信息交换、资源共享、故障定位、性能分析等功能。 监测中心对本辖区内各监测对象的告警等重要信息进行处理、存储、显示、输出，具备对各类信息按指定时段统计分析的功能，为维护管理人员提供监测告警、预警及安全状态等信息的查询显示和报表输出功能，并提供监测信息维护、系统运行参数配置、用户权限管理及系统日志管理等系统管理功能。此外，监测中心具有自检和对监测设备、监测单元的故障进行监测以及将故障告警信息传送至维护终端的功能。 监测中心应预留与上级管理部门管理信息系统的通信接口，用于传送安全状态的告警、预警等信息，并根据需要传送传感器监测信息报表。监测中心预留与国家气象部门、地震部上海辉格科技发展有
38、限公司 总体技术方案 - 22 - 门等的通信接口，用于接收气象灾害和地质灾害的预报、预警信息。 3.4 维护终端 维护终端宜采用易于部署及维护的B/S架构来实现。维护终端以图形、文本、声、光等方式，提供倾斜、位移、不均匀沉降、裂缝、扭曲等监测信息，以及告警、预警信息和相应的工作预案，并具备信息查询和报表输出功能。当某个出现异常情况时，系统主界面通过对异常图标的警示渲染向维护人员发出告警提示。 维护终端通过分布式总线平台与业务逻辑层之间进行通信，以消息模式实现各种模块信息的交互，实时的向维护人员呈现管辖范围内的监测数据和告警信息。这样各层不仅相对独立，而且可以灵活的部署在不同的物理位置，有利于
39、按照不同的维护管理需求进行系统的扩展和维护。 3.5 监测数据通道 监测数据通道是监测数据和告警、预警信息在监测中心与监测单元之间数据传输的通道。系统设计应充分考虑到安全监测施工条件的不同，传输方式分别采用无线组网方案和有线组网方案。 监测数据通信通道采用传输设备本身的辅助数据通道、3G/4G 等其他数据传输方式，也可混合组网。 3.5.1 有线传输组网方式 安全监测系统进行系统组网时，每个采集主机应具有一个IP地址，如图15所示。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 23 - 图15 数据网组网 3.5.2 无线传输组网方式 安全监测系统也可用无线方式实现组网。无线传输方式，宜采用G
40、SM/GPRS/3G等方式进行系统组网，如下图16所示。上部署的前端采集处理主机配置有无线通信模块，通过无线方式把各类监测数据发送到安全监测中心（如公网服务器）。维护人员使用连接在公网上的各类终端，通过安装在终端上的浏览器登录安全监测系统，实时获取被监测状况。 图 16 无线组网示意图 中国移动TD-SCDMA；联通WCDMA；电信CDMA2000。联通WCDMA标准目前国际上应用最广泛，占据全球80%以上市场份额，也是目前全球范围内大多数3G/4G移动设备支持的网络制式，对于监控系统的的后期可扩展性，与其它监控系统的兼容性得到很好的保证。 图 17 无线组网示意图 3.6 系统配置 系统配置
41、应根据监测地区气候环境及地理环境的不同，选择不同的监测项目，具体规定如表1所示。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 24 - 表 1监测项目配置要求 环境类别 监测项目 标准要求 倾斜仪、位移、沉降、裂缝、扭曲 特殊要求 GNSS定位、视频图像 4. 系统技术性能 4.1 一般要求 （1）监测系统不应影响被监测的正常工作； （2）被监测无论处于何种工作状态，监测系统应能正常工作； （3）监测系统硬件应能在安装现场给出的基础电源条件下不间断地工作； （4）监测数据采集模块接口采用隔离设计，接口满足扩容的需要。 4.2 采集精度要求 （1）倾斜度测量误差不应大于0.01(倾斜角度测量范围
42、：15)； （2）不均匀沉降测量误差不应大于0.1mm； （3）裂缝测量误差不应大于0.02mm （4）位移测量误差不应大于1mm 4.3 传输及接口要求 （1）采用传输设备本身的辅助数据通道(如以太网口、USB口等)、3G/4G等其他数据传输方式； （2）系统通信接口应遵循开放、标准的通信协议。 4.4 告警要求 （1）系统应能直观、全面地显示出被监测的实时状态，收集故障告警信息； （2）从设备告警发生到监测中心接收到告警信息的时间间隔不大于4秒（有线组网方式）； （3）无论监测系统处于任何界面，均能自动提示、显示告警，并能查询出告警的详细情况，如表2所示； 上海辉格科技发展有限公司 总体技
43、术方案 - 25 - 表2 告警记录字段说明 字段中文名称 说明 告警的序列号 告警信息的流水号 告警位置 告警发生的具体位置：如哪个 告警类型 告警的类型。 告警级别 告警的级别。 告警内容 告警的具体内容。 告警触发值 告警发生时刻的监测点数值。 告警发生时间 告警发生时间 告警确认时间 告警被确认时间（如果被确认） 告警清除时间 告警被清除时间 告警确认者 告警确认人用户名（如果被确认） 告警状态 告警状态。已清除告警为历史告警。 （4）系统告警门限可参考表3所示。 表3 告警门限参考值 告警类型 一般告警门限 重要告警门限 紧急告警门限 倾斜度 - - - 位移量 - - - 裂缝 -
44、 - - 不均匀沉降 - - - 4.5 安全性要求 （1）系统硬件平均无故障时间（MTBF）大于40 000h； （2）系统硬件平均故障修复时间（MTTR）小于0.5h； （3）硬件产品（不包括计算机和服务器）寿命不少于10年； （4）系统软件不能因误操作而影响系统的正常运行； （5）当系统软件局部功能模块发生故障时，不应影响其他模块的正常运行； （6）系统应具有安全防范措施，对所有操作人员按其工作性质赋予不同的 操作权限，并有密码管理功能，保证系统及数据的安全； （7）当传输网络中断时，系统应能通过前端监测单元内嵌的WebServer 显示当前监测数据； （8）监测系统应符合电磁兼容的有关
45、规定和防雷接地的规范，任何监测点 的接入不应破坏被监测的接地系统。 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 26 - 4.6 扩展性要求 （1）构成监测系统的硬件采用模块化设计，具有较好的可扩充性； （2）构成系统的硬件，应能通过增加部件来扩充系统的容量； （3）监测系统软件应具有升级能力，软件修改宜以更换模块的方式进行； （4）数据管理功能应满足近期需要，并为远期扩容留有余量； （5）监测中心设备应选用标准化程度高、通用性好、安全可靠、维修扩容 方便的计算机和有关的外围设备； （6）监测中心可管理远端监测站数目不应小于20个。 4.7 环境要求 （1）监测站工作温度：-20+60 （2）
46、监测中心工作温度：030 （3）相对湿度：95%（非冷凝） （4）海拔高度：大气压力70 kPa110kPa （5）室外设备防护等级：IP66 （6）抗震要求：设备在X、Y、Z三个方向承受振动频率100Hz、震动幅 度1.5mm，30分钟后应能正常工作。 5. 传感器设备 5.1 倾斜仪SST222 上海辉格科技发展有限公司 总体技术方案 - 27 - 双轴倾角传感器； 量程15； 分辨率0.001； 精度0.01(-2065，带温补)； 带宽为5Hz； RS485接口通讯； IP67防护等级； 可工作温度在-4085范围；、 5.2 位移计VDM-200L 测量范围：200mm 灵敏度：0.04mm/F 测量精度：0.1%F.S 耐水压:1Mpa 5.3 裂缝计VDM-20F 量程：20mm 测量精度：1%F.S 分辨率：0.1%F.S 波长：1527nm-1600nm 封装：铝合金外壳 安装方式:表面固定
