大型建筑项目环境繁忙，重型机械、爆破作业频繁，各种活动层出不穷。所有这些活动都会产生振动，而监测这些振动至关重要。振动传感器就像项目的听诊器，持续测量结构、设备和地面的振动。通过“监听”现场的振动脉动，工程师和安全员可以及早发现问题，防止损坏，并确保一切顺利进行。
今天，我们来简要探讨振动传感器在大型建筑工地的五种关键应用，探讨它们如何增强结构安全性、机器可靠性、法规遵从性、工人健康以及项目的长期成功。
1.结构完整性监测
保护附近的建筑物和基础设施免受施工引起的振动影响是城市项目建设的首要任务。诸如岩石爆破、打桩或拆除等活动会通过地面发出冲击波，威胁邻近结构的稳定性。振动传感器部署在场地附近的现有建筑物、桥梁或敏感设施上，以实时跟踪这些振动。
通常，坚固的检波器传感器或加速度计安装在邻近资产的地基或结构构件上。它们测量诸如峰值粒子速度 (PPV)（振动强度的关键指标）等参数，以确保振动保持在标准（例如，德国的 DIN 4150-3 或英国的 BS 5228-2）规定的安全限值以下。
工作原理：如果挖掘或重型打桩开始产生接近阈值的振动水平，监控系统就会触发警报。现场管理人员可以调整或暂停活动，以防止结构损坏。例如，在历史悠久的市中心下方修建隧道时，当上覆历史建筑上的传感器显示振动接近允许限值时，工程师可能会降低隧道掘进机的速度。
典型的振动引起的结构问题：
墙壁或砖石中的裂缝：高频振动会导致石膏、混凝土和砖砌体等脆性材料开裂，从而危及结构部件。
差异沉降：长时间的地面振动可能导致土壤压实或移动，从而引起附近地基的不均匀沉降。
结构元素的疲劳：反复的低水平振动会随着时间的推移通过材料疲劳逐渐削弱梁、接头或连接件。
通过持续监测这些参数，施工团队可以避免对第三方结构造成代价高昂的损坏。在人口密集的城区——通常遍布着百年老建筑——这种结构完整性监测不仅是良好实践，而且通常是项目许可的法定要求。总而言之，振动传感器的应用为工程师提供了数据，使其能够在大型建设项目中保护周边基础设施并维护公众信任。
2.机械设备维护
在大型建筑工地上，无数重型机械同时运转——塔式起重机、挖掘机、发电机、压缩机等等。保持这些设备处于最佳状态对于项目工期和安全至关重要。振动传感器在建筑机械的预测性维护中发挥着关键作用。通过将加速度计连接到关键部件（发动机、变速箱、泵电机等），维护团队可以持续监测设备的健康状况。异常的振动模式通常是机械故障的早期预警信号，可以在故障发生前进行干预。
例如，假设一台大容量混凝土泵在繁忙的施工现场运行。如果泵电机上的振动传感器检测到振荡幅度增大或频率峰值异常，则可能表明存在转子不平衡或轴承磨损等问题。收到这些警报的维护人员可以在计划停机期间安排维修或零件更换，而不必在混凝土浇筑过程中面临突发的机械故障。这种预测性维护方法可以最大限度地减少可能延误项目的意外停机时间。
通过振动识别的常见设备故障：
不平衡或未对准的部件：过度振动可能意味着旋转部件（如起重机绞车滚筒或泵叶轮）不平衡或未对准，这种情况会导致快速磨损。
轴承磨损和损坏：电机或变速箱中发生故障的轴承通常会产生独特的振动特征（例如高频振动）。传感器可以及早捕捉到这种特征，以便及时更换轴承，防止发生重大故障。
部件松动或损坏：如果机器的螺栓、支架或结构件松动或破裂，振动可能会加剧。监控可以提醒工作人员在部件脱落或造成事故之前进行维修或紧固。
共振问题：如果机器以其固有频率开始振动，可能会放大运动并造成自身损坏。传感器有助于检测并避免这些有害的共振振动情况。
如今，建筑公司越来越多地在其设备群中使用此类基于振动的状态监测系统。这不仅提高了可靠性，也增强了安全性——一台受到良好监控的机器发生灾难性故障的可能性要小得多。事实上，研究表明，大约90%的机器可以从振动监测的维护中受益，这凸显了该应用在施工现场的广泛应用。通过保持关键设备的良好状态，振动传感器可以帮助承包商遵守工期，并避免与设备停机或更换相关的高昂成本。
3.地面振动控制及环境影响
施工振动不仅会影响建筑物和机器，还会影响周围环境和社区。例如在欧洲，建筑工地通常毗邻办公室、住宅和敏感设施，因此，管理振动对环境的影响对于合规性和公共关系都至关重要。振动传感器被广泛用于监测地面振动，确保其保持在可接受的水平，以保障人体舒适度并保护附近的基础设施。
一项关键应用是控制拆除爆破、风镐或振动压实等作业产生的振动，以免干扰邻居或损坏地下设施。放置在场地周边或附近建筑物上的传感器，可以持续提供通过土壤传输的振动水平数据。如果振动超过预设限值，系统会自动向现场管理人员发出警报。现代监控装置甚至会在超过阈值时发送即时短信或电子邮件警报，促使立即采取行动（例如，暂停爆破程序或修改施工技术）。这种实时控制回路可帮助承包商随时调整施工方法——例如在爆破中使用较小的装药量，或将重体力劳动安排在干扰最小的时段进行。
建筑振动的主要来源：
爆破和拆除：爆炸拆除或岩石爆破会产生短促、高强度的振动爆发，这些振动爆发可以通过地面和空气传播，如果不加以控制，可能会震碎窗户或破坏外墙。
打桩和钻孔：打桩机或振动板桩安装的反复锤击会产生连续的振动，振动会穿过土壤和岩石传递到相邻的结构。
振动压实：重型压路机和压实机利用振动来压实土壤（这是保持稳定性的必要过程），但这会从场地向外发出强烈的震动。
重型车辆交通：满载卡车或履带式挖掘机的通过会引起低频地面震动，尤其是在不平坦的路面或临时运输道路上。
通过监测这些振动源，项目团队的目标是将振动水平保持在有害或令人不适的阈值以下。例如，即使振动水平非常低，居住者也能感受到并受到干扰（每秒0.1毫米PPV左右的振动几乎无法察觉，而每秒几毫米的振动则可能震碎餐具或扰乱睡眠）。通常，为了保障人体舒适度而允许的振动限值远比为了保障结构损坏而允许的振动限值严格。因此，振动传感器有助于平衡施工进度与社区舒适度——确保施工虽然“引起波澜”，但不会引发大量的噪音/振动投诉。
在实践中，此应用与法规合规性紧密相关。许多城市强制要求将振动监测作为大型项目环境管理计划的一部分，尤其是在住宅区或遗址附近。传感器记录的数据可提供文件，证明符合当地振动限值，并可纳入提交给市政当局的报告中。它还可以作为证据，迅速解决任何有关施工活动造成损害的索赔——有了客观的记录，虚假索赔就可以被驳回，真正的问题可以得到迅速解决。总而言之，地面振动监测可以保护环境，维护与公众的良好关系，同时确保项目在法律允许的范围内进行。
4. 工人安全和舒适
虽然人们关注的焦点集中在建筑结构和周围环境，但振动传感器对于保障建筑工人自身的健康也同样重要。施工人员经常使用强力的手持工具（例如风镐、钻机和压实机），并操作重型车辆，这些工具会将振动传递到他们的身体。长时间暴露在高振动水平下会导致严重的职业病。例如在欧盟，严格的法规（《物理因素（振动）指令》）要求雇主评估和控制工人的振动暴露情况。振动传感器正是实现这一目标的工具，它能够精确测量工人的感受，并指导采取保护措施。
手臂振动综合征 (HAVS) 是经常使用振动工具的工人面临的一个众所周知的风险。这种疾病会导致神经损伤和循环问题（例如“振动白指”），这是由于手臂长期暴露于振动所致。同样，长期全身振动（例如推土机或自卸卡车驾驶员在崎岖地形上行驶时所经历的振动）也会导致腰痛和脊柱问题。振动监测设备有助于追踪这些振动暴露情况。小型可穿戴传感器或专用振动剂量计可以安装在工具上或由工人携带，以记录整个班次的加速度水平和暴露持续时间。
与过度振动暴露相关的健康状况：
手臂振动综合症 (HAVS)：手指和手部神经及血管受损，导致麻木、刺痛和握力下降。这通常是由于多年使用高振动电动工具且缺乏足够防护造成的。
振动性白指：HAVS 的一种表现，由于血液循环不良，手指会变白。在寒冷的环境下，手指会感到疼痛，甚至丧失行动能力。
肌肉骨骼疾病：全身振动会加速椎间盘和关节的退化，导致建筑机械操作员出现慢性背痛和其他肌肉骨骼问题。
利用振动传感器数据，安全员可以实施控制措施，最大限度地降低这些风险。例如，如果测量结果显示，风镐操作员在一定小时数后，其工作环境的振动水平将超过规定的每日暴露行动值（手臂振动为 2.5 米/秒² A(8)），则现场可以要求操作员增加休息频率或轮换工作，以确保工作环境保持在安全范围内。可以选择振动排放量较低的工具，并提供防振手套或减震手柄。传感器通过比较变化前后的暴露水平来验证这些干预措施是否有效。
统计数据凸显了这项应用的重要性：据估计，在欧洲，各行各业约有 14% 至 34% 的工人暴露于潜在的有害振动中，而建筑行业是暴露率最高的行业之一（约有 63% 的建筑工人受到影响）。得益于振动监测和意识的提升，如今人们可以更早地发现高振动性振动 (HAVS) 等情况，或者通过强制执行暴露限值来彻底预防。总而言之，振动传感器通过量化隐形危害来帮助打造更安全的工作场所，使建筑公司能够根据职业安全法规保护其员工的健康。
5. 长期结构健康监测与洞察
振动传感器不仅在施工期间提供即时保障，还能在项目完工后长期维护结构的健康和性能。该应用涉及利用振动数据进行结构健康监测 (SHM)，并通过数据驱动的洞察改进施工实践。在欧洲大力推行可持续、韧性基础设施的背景下，许多大型项目从施工阶段就开始集成传感器，以确保最终成果“面向未来”。
一方面是施工后分析。在建造结构（例如桥梁或高层建筑）时收集的振动记录可作为其在已知条件下行为的基准。工程师可以分析这些数据，以确定结构的固有频率和阻尼特性。这些振动特性随时间的任何显著变化都可能预示着结构问题的出现（例如，固有频率的降低可能表明由于裂纹或材料退化导致刚度损失）。
通过在关键部件上安装永久性振动传感器，业主可以在整个使用寿命期间持续监测桥梁的“心跳”。例如，许多现代桥梁在跨度上安装了加速度计，以检测由交通或风引起的异常振动。如果出现异常情况——例如，桥梁的某个部分在相同卡车荷载下开始比以前振动得更剧烈——维护人员就会收到警报，以便及早检查桥梁是否出现损坏或磨损。
另一个方面是利用振动数据来优化施工技术和设计。大型工地上传感器收集的所有信息都会被输入到不断增长的知识库中。承包商和工程师会审查这些数据，以了解哪些方法可以将振动保持在最低水平，或者哪些工作顺序会导致振动峰值。这些洞察可以影响未来的项目：例如，如果数据显示某种类型的打桩锤始终保持在振动限值范围内而无需暂停工作，那么在其他类似的土壤条件下，该方法可能更受青睐，从而提高效率并保证安全。
另一方面，任何与振动相关的损坏或警报事件都应成为案例研究，以避免此类情况重演。随着时间的推移，这将推动整个建筑行业制定更明智的规划（选择产生更少振动的设备和方法）和更完善的风险缓解策略。
技术进步正在增强这种长期监测应用。电池寿命长的无线物联网振动传感器可以持续工作数月甚至数年，并将数据传输到云平台进行远程分析。各地的工程师可以登录网络仪表板，实时检查多个场地或建筑物的振动状态，即使在施工结束后很长时间也能保持监测。此外，人工智能和机器学习算法正应用于大型振动数据集，以检测人类可能忽略的细微模式。
例如，可以训练人工智能系统识别建筑物中正在发生的故障的早期振动特征，或将某些施工活动与轻微振动异常关联起来，从而提示采取预防措施。这些智能分析工具将原始传感器数据转化为可操作的维护警报或设计改进措施，真正实现基础设施的持续“脉搏监测”。
总而言之，集成振动传感器进行长期监测，可确保施工阶段测量的效益延伸至结构的整个使用寿命。它能够持续保障桥梁、建筑物和其他大型资产的安全可靠。此外，它还能形成一个反馈循环，从一个项目的数据中汲取的经验教训可以提升下一个项目的安全性和效率。这种前瞻性的振动传感器应用，实现了从施工到运营的闭环，巩固了其作为现代工程实践中不可或缺组成部分的地位。
资料来源：Neuroject
本文链接：http://www.xihao.site/showinfo-1-73326.html振动传感器的 5 个关键应用
