核电厂模块自密实混凝土浇筑自动化位移监测技术研究

核电厂模块自密实混凝土浇筑自动化位移监测技术研究

魏法军  董辉  吕广耀  胡志平 龙建华 夏子清 

中国核工业二四建设公司海阳核电项目部  山东海阳  265100

【摘要】：本文通过对模块自密实混凝土浇筑位移监测技术的研究，并结合核电现场工程技术的发展，将测量技术、数据信息化传输、自动化数据采集等技术相融合，以实现核电工程模块化施工自密实混凝土浇筑模块位移监测自动化、信息化、一体化的目标，为核电现场自动化变形监测技术提供借鉴。

【关键词】：核电厂模块自密实自动化位移监测

1  引言

随着国内外核电建造技术的迅速发展，模块化施工发展逐渐成熟，模块自密实混凝土浇筑位移监测提出更高的要求，自密实混凝土浇筑过程期间位移监测数据采集及实时性传输，为现场施工提供有利数据显得尤为重要，自动化、信息化、智能化的位移监测新技术的应用在核电工程模块施工中具有非常重要的意义。

2  模块自动化位移监测的意义

核电厂钢结构模块自密实混凝土浇筑位移监测技术在未来模块化施工有着很大的影响，位移监测系统的投入使模块自密实混凝土的浇筑在安全性和过程的实时控制上得到显著提升，位移自动化监测系统的安装相对简洁方便，最终要的是该系统可以循环利用，与传统的监测方法对比，位移自动化监测系统受现场施工环境的影响较小，安装及使用方式较为简洁，提供的是实时数据曲线，在浇筑过程全周期内的所有变形监测数据。位移自动化监测系统可以规避人因误差的产生，并且测量人员现场投入大幅度减少。

建立自动化、信息化、实时性数据传输、智能化的位移监测系统是当下形式所趋。为后续核电模块化施工提供实时准确的数据依据，引领行业的发展。

3  模块自动化位移监测技术指标

以自动化位移监测系统的安装、无线信息得传递、数据采集及传输、监测精度及成果数据分析为基础，建立一套成熟的位移监测系统。同时积累位移监测技术测量施工经验，为核电厂后续模块及模板混凝土浇筑的位移监测提供经验。

3.1技术指标

（1）自动化位移监测系统布设不影响施工，可进行循环利用；

（2）自动化位移监测系统稳定性达到0.5mm/32m；位移分辨率精度达到0.01mm/0.5m；

（3）自动化位移监测系统减少作业人员80%，数据输出合格率达到95%；

（4）自动化位移监测系统安装安全系数，满足实时传输监测数据。

3.2技术指标验证方法，环境和条件

通过位移监测系统新技术与传统的监测方法进行对比，从设备安装、人员的投入、监测实时性以及监测精度等方面进行对比分析，并保留采集数据，对数据进行分析研究，从而得到验证结果。

4  模块自动化位移监测理论基础

4.1自动化位移监测系统

以模块设计图纸为依据，结合模块自密实混凝土浇筑施工过程及方案，掌握自密实混凝土浇筑的特点，以安全为原则，兼顾可循环利用性和可实施性，优化并选择合适的位移监测设备，如位移传感器、测斜管等，并将其安装在模块侧面的钢结构墙体上，以便实时监测位移变化。

4.2自动化安全监测系统即阵列式阵列位移计

该系统包括自动化监测设备安装、自动化监测数据采集设备、无线数据传输模块、数据分析控制软件与数据报告输出软件等，实现核电厂模块自密实混凝土浇筑自动化位移监测全过程智能化。

4.3自动化位移监测精度

通过对自动化位移监测系统原理的研究，分析误差分布的规律以及误差产生的原因，对比传统模块自密实混凝土浇筑自动化位移监测方法，评估自动化位移监测系统精度，结合自动化位移监测系统传感器的应用，制定出误差控制的方法及要点，确定自动化位移监测系统可行性。

4.4数据采集与处理

通过监测设备收集位移数据，然后对数据进行处理，包括去除噪声、滤波、位移计算等，以获得准确的位移信息，形成自动化位移监测系统，实现数据的实时传输、存储和分析，以便及时发现位移异常情况的数据传输、报表输出程序，形成一套完整的监测数据输出软件。

4.5位移相关影响因素对比

根据现场模块、脚手架搭设、物项安装等外界对位移监测产生影响的因素进行总结分析，分析影响偏差的变化量。采取措施降低因外界因素及系统因素的影响产生的误差，保证测量结果偏差的准确性。

4.6 监测数据分析与预警

对收集到的位移数据进行分析，判断混凝土浇筑过程中的位移趋势，当位移超过预设阈值时，及时发出预警信号，提醒相关人员采取措施。

5  模块自动化位移监测系统          

5.1 位移监测系统的组成

核电厂模块自密实混凝土的浇筑需对模块本体进行位移监测，在模块位移监测过程中拟采用阵列式位移计HC-3D-3自动化监测系统，整个方案所需的主要设备和软件如下： 1、 测斜管； 2、 定向轮装置、传感器、信号传输设备，电源；3、数据处理及数据输出报告平台；4、MEMS（MicroElectroMechanical System） 微电子加速度式机械系统，是指尺寸在几毫米乃至更小，由传感器、执行器和微能源三大部分组成的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统

。

5.2模块位移监测系统的原理

三维变形监测阵列测量单元节点内部集成了多支高精度 MEMS 加速度计，并采用“对称式”结构排列，以消除工模 干扰和温度影响；每个测量单元节点都集成了高运算性能的处理器，用来快速处理采集数据，并实时进行数据计算， 直接输出计算结果，大大减少了远程数据传输的数据量和平台的运算量。

三维变形监测阵列是MEMS加速度计的静态应用，利用被测物体静 止时受到重力加速度在MEMS加速度传感器三个轴向的分量，计算 每节传感器与竖直、水平方向的夹角，并通过夹角与每节传感器的 长度计算自身的与竖直、水平方向的位移，进而计算出各个节点相 对于参考点（坐标原点）的坐标（X，Y，Z）， 即各个节点的位移。

5.3模块位移监测系统的特点

模块位移监测系统的特点是建立描述动静态过程的理论模型通过在传感器内部对采集数据进行边缘计算，得到了另一个维度的安全特征，相当于我们可以从另一个角度去看待被测结构的安全问题。

边缘计算特点：1、分布式计算；2、减少传输带宽；3、减小服务器压力；4、时效性更高；5、动态实时预测预报。

在自密实混凝土浇筑模块变形监测项目中，由于要求的实时性及时性较高，模块两侧相当于钢结构模板阵列式阵列位移计，HC-3D-3 阵列式阵列位移计由一系列连续相接的 MEMS 加速度传感器构成，系统可自动确定每个传感器单元的空间形态，从而实现对目标物的三维变形监测。

在安装时，使用普通 30mm 小直径PVC 导管加以保护即可，并将其固定在模块侧边 安装简便。每个三维连续型变形测量单元长度为 500mm 或 1000mm，相较于传统监测方式，从而大大提高了变形监测精度。

5.4模块位移监测系统数据处理系统

MEMS（ Micro Electromechanical System ） 微电子加速度式机械系统，是指尺寸在几毫米乃至更小，由传感器、执行器和微能源三大部分组成的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。

系统配置包括自动数据采集与实时处理软件，可将监测目标的变形状态及变形量实时显示到计算机屏幕，记录到文件并快速形成报告格式的打印图线，大大减少了技术人员的数据处理与分析的时间与工作量。

6结论

此套方案打破了传统的模块位移监测测量方法，实现自动化、实时性自密实混凝土浇筑位移监测的监测方式。借鉴相关监测技术及标准规范，同时与外部单位及其他核电工程承揽单位进行技术交流。获得自密实混凝土浇筑模块位移监测技术关键技术及工艺流程，并通过工程实体的验证，优化和改进，最终实现一套从监测设备布设安装到数据生成以及数据分析结果输出等技术工艺。

参考文献：

[1]陈俊民.高大支模自动化监测与分析. 福建建筑.2021.04

[2]张春节等.自动化监测技术在地铁基坑变形监测中的应用.价值工程，2020.08

[3]王磊，自动化监测技术在深基坑监测中的应用.工程技术研究.2022.12

[4]崔铁军等，基于MEMS技术的深部水平位移自动化监测系统在南水北调工程上的运用.全国大坝安全监测技术与应用，2023.02