湖南長(zhǎng)沙“4·29”特別重大居民自建房倒塌事故牽動(dòng)億萬(wàn)人的心，截至2022年5月6日搜救結(jié)果公布，10人獲救，53人遇難! 逝者已矣，我們有很多值得反思。倒塌的這棟樓原設(shè)計(jì)只有六層，后來(lái)加高到八層，各個(gè)樓層又經(jīng)過不斷改建，直接嚴(yán)重超過設(shè)計(jì)負(fù)荷。作為傳感安全監(jiān)測(cè)的多年工作者，我們認(rèn)為，那些建設(shè)時(shí)間比較長(zhǎng)、樓層高的建筑，眾多的自建房隱患巨大，人工一一排查工作量太大，而且日曬雨淋、地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、人類工程活動(dòng)都在無(wú)時(shí)不刻地影響著這些危房的隱患指數(shù)，實(shí)時(shí)、在線的監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行。
建筑結(jié)構(gòu)開裂與變形是普遍存在的隱患，大部分結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌是因樓體變形從裂縫處開始擴(kuò)展的。房屋的不合理使用、承重墻超負(fù)載、溫差導(dǎo)致的混凝土干裂、地基的不均勻沉降等因素都會(huì)引起房屋發(fā)生傾斜，結(jié)構(gòu)傾斜變形是導(dǎo)致樓房失穩(wěn)倒塌的主要特征。一旦變形傾斜，內(nèi)部應(yīng)力會(huì)迅速變化，局部承重結(jié)構(gòu)斷裂失效后會(huì)連帶其他部分迅速坍塌。
按常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法，可以通過布置多點(diǎn)靜力水準(zhǔn)儀、裂縫計(jì)、傾角傳感器等設(shè)備，對(duì)房屋進(jìn)行檢測(cè)。但由于人工監(jiān)測(cè)的周期長(zhǎng)，布置和設(shè)備維護(hù)成本高。所以本文提出了在建筑結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)中，簡(jiǎn)單有效的多點(diǎn)傾斜監(jiān)測(cè)法。下面針對(duì)不同的建筑結(jié)構(gòu)介紹一下基于傾角計(jì)的傾斜監(jiān)測(cè)的方法。
?一般建筑物主體位移的傾斜觀測(cè)
建筑物主體的傾斜觀測(cè)，根據(jù)建筑物的高度H，建筑物主體的傾斜度i, 計(jì)算建筑物頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部觀測(cè)點(diǎn)的偏移值△，即
△=i*H = tan α *H
式中 i——建筑物主體的傾斜度；
H——建筑物的高度（m）；
α——傾斜角（°），可以基于三軸的傾角計(jì)分解為俯仰、橫滾、航向三個(gè)維度的變化。
傾斜測(cè)量主要是測(cè)定建筑物主體的偏移值Δ。偏移值Δ的測(cè)定按規(guī)范采用經(jīng)緯儀投影法，為下圖ΔA 和ΔB的平方和的根。
建筑物基礎(chǔ)沉降的傾斜觀測(cè)
通過建筑物的基礎(chǔ)傾斜觀測(cè)量i，再根據(jù)兩點(diǎn)間的距離L，可以在線監(jiān)測(cè)出基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的沉降量差值Δh，即
△H = L* i
對(duì)整體剛度較好的建筑物的傾斜觀測(cè)，亦可采用基礎(chǔ)沉降量差值，推算主體偏移值。
比如結(jié)合精密水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定建筑物基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的沉降量差值Δh，再根據(jù)建筑物的寬度L和高度H，推算出該建筑物主體的偏移值ΔD，即
ΔD=Δh/L*H
藍(lán)牙傾角計(jì)
藍(lán)牙傾角計(jì)BTS（Bluetooth Tilt Sensor）是敏源傳感基于新的導(dǎo)航級(jí)三軸MEMS加速度芯片，是一款新型、智能、適用多種應(yīng)用場(chǎng)景的微功耗多功能監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)。傾角計(jì)集成了藍(lán)牙通信系統(tǒng)及低功耗供電系統(tǒng)，可輸出三維的加速度、角度以及溫度等多參數(shù)信息。產(chǎn)品尺寸小、成本低，可配合藍(lán)牙/4G網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn)接入，內(nèi)置電池可連續(xù)工作三年，便于安裝、降低了應(yīng)用成本。廣泛應(yīng)用于崩塌、建筑工程、輸變電塔、危房、危險(xiǎn)物等安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
藍(lán)牙傾角計(jì)
測(cè)量范圍：沿X/Y/Z三軸旋轉(zhuǎn)的角度變化信息，-90～+90o；
傾角精度：±0.1o
傾角分辨率：0.002o；
三軸加速度分辨率：0.1mg；
工作溫度范圍：-40℃～+125℃，帶溫度傳感輸出；
供電：內(nèi)置電池，10min一次采集，可以連續(xù)工作3年；
功耗：內(nèi)置電池3年壽命；
產(chǎn)品尺寸：64x59x37mm（長(zhǎng)x寬x高）；
可配合藍(lán)牙/4G網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)1-32個(gè)傳感監(jiān)測(cè)點(diǎn)接入；
網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)靈活，與網(wǎng)關(guān)通信半徑50米；
防水等級(jí)：IP68。
實(shí)際應(yīng)用案例
下圖為多點(diǎn)藍(lán)牙傾角計(jì)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用案例。廣西某武警支隊(duì)后山擋土墻有鼓脹、裂縫等形變，為防止崩盤、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)實(shí)際形變隱患點(diǎn)布置了30處藍(lán)牙傾角計(jì)，如下圖粉色點(diǎn)所示。由于整個(gè)安裝區(qū)域面積較大，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)有巖體及植被的遮擋，4G藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)在中心處布置了兩臺(tái)，如黃色點(diǎn)所示，每臺(tái)負(fù)責(zé)15臺(tái)傾角計(jì)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)接入。
每處安裝點(diǎn)用PVC襯板打膨脹螺絲固定
針對(duì)規(guī)模大的建筑，比如監(jiān)測(cè)點(diǎn)大于5個(gè)，我們推薦使用上述的帶4G藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)的藍(lán)牙傾角計(jì)BTS。如果建筑規(guī)模只需要監(jiān)測(cè)1-5個(gè)點(diǎn)，則可使用另外一種直接NBIOT上網(wǎng)的更經(jīng)濟(jì)方案：NBTS 傾角計(jì)。
NB傾角計(jì)
NB傾角計(jì)NBTS是一款高精度的姿態(tài)測(cè)量設(shè)備，集供電、數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)裙δ苡谝惑w。設(shè)備包含高精度三軸MEMS重力加速度和溫度傳感，具備閾值觸發(fā)功能，功耗低，內(nèi)置電池，3年免維護(hù)，可布控在危巖體、擋土墻、危房、滑坡、電塔等監(jiān)控隱患點(diǎn)周圍，在線監(jiān)測(cè)崩塌、滑坡、形變、傾斜、沉降等隱患，廣泛應(yīng)用在地災(zāi)監(jiān)測(cè)、橋梁、建筑物等安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
NB傾角計(jì)
傾角測(cè)量范圍：沿X/Y/Z三軸旋轉(zhuǎn)的角度變化信息，-90～+90o；
傾角測(cè)量精度：±0.5o????分辨率：0.01o；
加速度測(cè)量精度：0.5mg??分辨率±0.1mg；
加速度測(cè)量范圍：±16g；
輸出信號(hào)：NB-IOT；
采樣間隔：0s～24h???上傳間隔：0s～72h；
工作溫度范圍：-40℃～+125℃，帶溫度傳感輸出；
供電方式：內(nèi)置電池供電，滿足連續(xù)3年正常工作；
產(chǎn)品尺寸：119x119x61mm（長(zhǎng)x寬x高）；
產(chǎn)品重量：670g;
防水等級(jí)：IP68。
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