一种混凝土浇筑质量实时监测方法及系统与流程

本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种混凝土浇筑质量实时监测方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着大体积混凝土结构、复杂空间结构和长寿命基础设施的大量应用，混凝土浇筑阶段的质量控制逐渐从单纯的配合比与工艺控制，发展为贯穿“浇筑—振捣—养护—早期服役”全周期的过程监测与结构健康管理。传统工程实践中主要依赖温度计、应变计、应力计等点式传感器以及人工巡检、无损检测等手段获取有限监测信息，配合规范经验进行温控设计和裂缝控制评估。近年来，光纤布拉格光栅（fbg）、分布式光纤传感（dfos）等新型传感技术开始引入土木工程领域，用于桥梁、隧道、边坡等结构的应变与温度监测，但在混凝土浇筑和早期固化阶段的连续、多物理场实时监测与数据驱动的质量评估方面仍处于探索和工程验证阶段。

2、然而，现有混凝土浇筑质量监测技术仍然存在明显不足：一方面，点式传感和间歇检测的空间采样极为有限，难以反映大体积混凝土内部温度场、应力场、湿度场在时间和空间上的连续演化，容易出现“监测点之间隐藏缺陷”的盲区；即便采用分布式光纤传感，许多研究也仅将其作为获取温度或应变曲线的测量手段，缺乏将多源监测数据与混凝土水化热、收缩徐变等机制相结合的质量状态演化模型，无法从多场耦合角度定量刻画浇筑过程中质量状态的变化与异常；另一方面，现有方法多停留在对监测数据的事后统计和阈值超限报警，尚未构建由关键特征指标驱动的故障预测模型，难以在浇筑和早期固化阶段就对长期损伤累积、裂缝扩展和固化异常的风险趋势进行前瞻性评估，更难形成“实时监测—状态识别—故障预测—综合评估”的统一框架。因此，现有技术难以实现基于分布式光纤传感的混凝土浇筑质量实时监测、异常识别与长期性能风险预测的一体化技术效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种在混凝土关键部位布设分布式光纤，实现温度、应变等参数的浇筑与固化全过程连续监测，基于监测结果构建温度-应力-湿度多场耦合的质量状态演化模型及故障预测模型，利用关键特征指标定量表征施工与养护，实现了混凝土浇筑质量和结构长期性能的评估与风险预警的混凝土浇筑质量实时监测方法及系统。

2、本发明是通过如下措施实现的：

3、一种混凝土浇筑质量实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、在混凝土浇筑前布设分布式光纤传感器，对混凝土浇筑与固化全过程进行实时监测，采集光纤传感数据；

5、基于所述光纤传感数据，监测并记录混凝土在浇筑及固化过程中的性能变化；

6、基于所记录的所述性能变化，建立混凝土质量状态演化模型，通过所述模型提取关键特征指标并识别潜在质量异常；

7、基于所述关键特征指标与所述潜在质量异常，构建混凝土质量故障预测模型，并通过所述质量故障预测模型预测混凝土长期性能与故障风险演变趋势；

8、根据所述质量状态演化模型与质量故障预测模型的分析结果，对混凝土的浇筑质量及长期结构健康状态进行综合评估，并输出评估报告。

9、本发明的具体特点还有：

10、在混凝土浇筑前布设分布式光纤传感器包括：将分布式光纤传感器按照预设的拓扑结构布设于混凝土结构体的关键监测区域，所述关键监测区域包括应力集中区域、温度梯度变化区域和潜在裂缝发展区域；

11、所述预设的拓扑结构采用网格状或总线-分支结构，确保传感光纤覆盖混凝土结构体的主要监测剖面，通过固定装置将传感光纤紧密固定于钢筋骨架，完成布设后，对分布式光纤传感网络进行初始状态标定，建立监测的初始基准。

12、对混凝土浇筑与固化全过程进行实时监测，采集光纤传感数据包括：通过分布式光纤传感解调设备以设定的采样频率连续采集监测数据；

13、采集的数据包括沿传感光纤空间分布的应变数据、温度数据和振动数据，在监测过程中同步进行数据质量校验，将所有采集的监测数据按照时间序列和空间位置进行组织存储，形成包含时间戳、空间坐标和监测参数值的光纤传感数据。

14、基于所述光纤传感数据，监测并记录混凝土在浇筑及固化过程中的性能变化包括：对所述光纤传感数据进行信号预处理以获得校准后的传感数据，所述信号预处理包括数据降噪和测量偏差补偿；

15、基于所述校准后的传感数据，通过分析振动数据的空间分布监测混凝土振捣均匀性，通过分析温度数据的梯度变化监测混凝土水化热温度场分布，通过分析应变数据的时序变化监测混凝土内部应力演化与结构变形，并结合所述温度场分布估算混凝土内部的湿度场变化；当监测到振动分布不均、温度梯度异常、应变突变或湿度异常时，识别为性能异常状态并记录异常信息，根据监测结果生成混凝土性能变化记录，所述性能变化记录包含随时间变化的温度、应力、变形、湿度相关性能参数、对应的空间位置信息及识别的异常状态标记。

16、所述基于所记录的所述性能变化，建立混凝土质量状态演化模型包括：基于所述性能变化记录中的温度、应力、变形、湿度相关性能参数及其时空分布信息，建立温度-应力-湿度多场耦合的混凝土质量状态演化模型；

17、所述模型通过参数辨识方法确定各物理场之间的耦合关系，采用系统辨识技术基于历史监测数据对模型参数进行优化标定，并通过实时更新的监测数据对模型状态进行动态修正，形成能够准确描述混凝土从浇筑到固化全过程质量状态演化规律的数学模型。

18、所述通过所述模型提取关键特征指标并识别潜在质量异常包括：将实时获取的温度、应力、变形、湿度监测数据输入所述混凝土质量状态演化模型，计算提取温度梯度、应力集中系数、变形协调度和湿度分布均匀性关键特征指标；

19、基于预设的各特征指标安全阈值范围，通过逻辑判断规则识别混凝土在施工过程中的潜在质量异常，当任一特征指标超出其对应的安全阈值范围时，判定为相应类型的潜在质量异常，并记录异常的具体类型、空间位置、异常等级和持续时间信息，形成包含关键特征指标和潜在质量异常的完整分析结果。

20、所述基于所述关键特征指标与所述潜在质量异常，构建混凝土质量故障预测模型包括：基于所述关键特征指标与所述潜在质量异常，建立包含长期损伤预测模块、裂缝扩展预测模块和固化异常预测模块的混凝土质量故障预测模型框架；采用时间序列分析和机器学习方法对模型参数进行训练优化，通过历史监测数据验证模型预测精度，形成能够反映混凝土长期性能演变规律的故障预测模型。

21、所述通过所述质量故障预测模型预测混凝土长期性能与故障风险演变趋势包括：将实时获取的关键特征指标与潜在质量异常输入所述混凝土质量故障预测模型，通过各预测模块计算混凝土长期损伤发展、裂缝扩展行为和固化异常演化趋势；基于预测结果生成混凝土长期性能演变趋势与故障风险演变趋势报告，当预测值超过预设安全阈值时触发分级预警信号，形成包含时间序列预测数据和风险等级评估的完整趋势分析结果。

22、所述根据所述质量状态演化模型与质量故障预测模型的分析结果，对混凝土的浇筑质量及长期结构健康状态进行综合评估，并输出评估报告包括：基于所述质量状态演化模型输出的关键特征指标和潜在质量异常，结合所述质量故障预测模型预测的长期性能演变趋势与故障风险演变趋势，对混凝土浇筑质量进行合格性评估，并对长期结构健康状态进行安全性评估；

23、根据评估结果生成综合评估报告，所述报告包含当前质量状态等级划分、未来风险趋势分析以及相应的处理建议和维护措施。

24、一种采用所述混凝土浇筑质量实时监测方法的系统，其特征在于，包括：

25、数据采集模块：在混凝土浇筑前布设分布式光纤传感器，对混凝土浇筑与固化全过程进行实时监测，采集光纤传感数据；

26、性能检测模块：基于所述光纤传感数据，监测并记录混凝土在浇筑及固化过程中的性能变化；

27、状态演化与异常识别模块：基于所记录的所述性能变化，建立混凝土质量状态演化模型，通过所述模型提取关键特征指标并识别潜在质量异常；

28、故障预测与风险分析模块：基于所述关键特征指标与所述潜在质量异常，构建混凝土质量故障预测模型，并通过所述质量故障预测模型预测混凝土长期性能与故障风险演变趋势；

29、综合评估模块：根据所述质量状态演化模型与质量故障预测模型的分析结果，对混凝土的浇筑质量及长期结构健康状态进行综合评估，并输出评估报告。

30、本发明的有益效果为：本发明在混凝土关键部位布设分布式光纤，实现温度、应变等参数的浇筑与固化全过程连续监测，基于监测结果构建温度-应力-湿度多场耦合的质量状态演化模型及故障预测模型，利用关键特征指标定量表征施工与养护，实现了混凝土浇筑质量和结构长期性能的评估与风险预警。