项目概述

该项目是聚华科技独立承担的古建筑行业在线监测工程项目，项目范围包括监测方案设计、监测设备生产、工程施工、软件系统开发及集成和后期系统维护工作。

此项目监测对象为成都市第一批全国重点文物保护单位的古塔建筑，该塔总高67米，顶层檐口标高53米，砖木结构，共11层。塔体结构形式为砖砌塔身+外木廊，其中砖砌塔身采用双筒，外木廊采用楼阁式，层层抬梁转换。

由于年久失修，在自然因素和人为因素的作用下，随着材质的劣化，塔结构性能已较差，已出现较多的结构病害，存在着一定的安全隐患。结构病害主要集中在外木廊上，随着木材材质的不断老化、糟朽，木构件的压缩缓慢持续发展，加上层数多，累积变形大，导致每层楼面外木廊均相对砖砌塔身沉降，导致外木廊楼面倾斜、木柱弯折、木柱倾斜、木构件拔榫等一系列的结构病害，存在着脱榫、木柱折断、檩条滚落、瓦片滑落等安全隐患。

因塔结构安全性较差，结构性能仍在不断下降之中，且其对外界荷载的变化和外界的拢动均较敏感，故为监控塔结构性能的变化，为探寻影响塔结构性能的各个因素及相互间的量化关系，需建立有效、开放、先进的结构安全监测体系，以实现长期、全面、全天候、高频率、高精度的监测。

 

监测内容

监测内容包括：木结构应力变化、结构变形、结构裂缝、环境温湿度、风速。

 

总体设计

传感设备采用聚华光纤光栅传感体系，系统选用无线数据传输将数据从前端传输到监控服务器，并通过云服务器实现整个网络的数据共享和存储，业主可以方便的通过手机、ipad等终端设备实时监控。解调设备为4台光纤光栅解调仪和1台机电信号采集仪，在工程现场设监控室。主光缆采用24芯，每二层为一芯（即每二层为一通道），垂直布置。为考虑后续扩容，预留一根主光缆，即两根24芯光缆。

 

产品选型

应变监测：聚华光纤光栅贴片式表面应变计

裂缝监测：聚华光纤光栅裂缝计

扰度监测：聚华光纤光栅位移计

结构温度监测：聚华光纤光栅温度计

风速监测：聚华机电式风速仪

结构变形：聚华机电式倾角仪

数据采集：聚华光纤光栅机架式快速解调仪、机电信号采集系统

软件系统：聚华光纤光栅在线监测系统

云服务器：阿里云服务器

 

工程说明

在监测方案中，根据塔体结构对各塔层的监测项目及其测点进行设计，在方案中明细了各类型传感器安装位置及要求。



勘察裂缝计安装位置及其固定方式，在古建筑监测中，无损监测是重点要求，工程对传感器固定和布线走线都有严格限制，在施工过程中，利用胶粘技术替代机械螺栓固定方式。

该项目中，对施工过程的支护钢结构也进行应力监测，以分析古建筑修复施工对塔体结构的影响。技术人员在现场调试裂缝计，裂缝计安装采用现场预张拉方式，每只传感器安装后进行技术调校，已确保量程居中。

安装完成的机电式风速计，该风速计采用485信号线与采集仪连接，该机电采集仪采集的数据和光纤光栅解调系统采集的波长信号汇集在统一的云服务器并进行处理。

安装之后的机电式温湿度计，数据采集系统与光纤传感器系统无缝集成，实现了新型传感测量技术和传统机电式传感技术的完整融合。


安装后的棱镜，配合全站仪人工测量，该系统完整实现了对结构物的双向位移测量。



从监测数据的分析来看，能够反映出修缮施工对塔体的轻微影响以及塔体结构随天气温度发生轻微变化的情况。

该系统很好的实现了光纤传感技术在古建领域的工程化应用，对于研究古建筑修缮施工中，重要木梁结构的承载受力和变形情况具有很实际的意义。该系统还包括了自动化测量系统、人工现场监测系统、数据采集系统、远程无线传输系统、以及健康状态判别系统。该工程自2014年11月施工，历时3个月，截至编稿，该系统已经稳定运行6个月，各监测数据指标正常。