超大面积混凝土板面施工平整度实时监测与校正技术研究

引言

随着大型公共建筑与交通枢纽建设规模扩大，传统经验型手段难以满足超大面积混凝土板面高标准平整度需求，亟需实时监测与校正技术提升施工质量与安全。

一、需求分析

（一）研究意义

超大面积混凝土板面平整度直接关系到建筑的功能、安全与耐久性，但施工复杂且传统技术受限，亟需创新管控。本研究通过实时监测与校正技术解决浇筑难题，提升施工质量与效率，推动建筑施工智能化升级。

1.保障工程的结构安全

超大面积混凝土板面施工平整度的实时监测与校正技术，可全程保障结构安全，避免事故、延缓性能衰减为建筑全生命周期安全提供关键支撑。

2.降低施工风险与经济成本研究

通过大面积混凝土板面平整度实时监测与校正技术研究，实现质量、安全、工期与成本研究的最优平衡，避免返工与延误降低成本研究并获取最佳效益。

3.推动技术创新与工程适应性

将三维激光扫描、物联网与机器学习融合混凝土力学与工艺，探索毫米级精度与秒级响应的适配理论，推动施工智能化感知、决策与执行并拓展“数字孪生”“闭环控制”内涵。

4.经济效益与社会效益双赢

减少工程事故带来的社会负面影响，提升公众对大型工程的信任度；延长建筑寿命，降低全生命周期成本研究，符合可持续发展理念。

（二）国内外技术现状与发展趋势

中国“十四五”规划推动新基建与城市更新，大型公共建筑对混凝土平整度要求严苛，施工技术正从“人工经验”向“智能精准”转变。

国内研发基于激光扫描、惯导和机器视觉的实时监测系统并推出智能装备，但传感器精度、稳定性和统一标准仍有不足。

国外依托自动化与AI，已实现亚毫米级监测和机器人全自动化施工，装备与算法精度领先。

国内在设备国产化和工程规模化方面占优，未来需通过多技术融合与国际合作实现由“跟跑”向“领跑”的跨越。

二、研究目标及主要内容

（一）研究目标

通过本研究项目的研究，总结：

1.大板面浇筑平整性的有效处理措施

2.大板面混凝土浇筑施工工艺及质量控制措施

3.大板面大跨度浇筑施工变形特征

4.混凝土板面平整度实时监测系统构建与优化

5.基与BIM的三维激光扫描技术研究

在此研究基础上形成《超大面积混凝土板面施工平整度作业指导书》，为公司大板面工业厂房施工提供理论依据和技术支持。提高公司板面平整度处理的施工质量水平，总体成果将达到国内领先水平。

（二）研究具体内容

.大板面浇筑平整性的有效处理措施

大板面混凝土浇筑的平整性控制是施工核心难点，需结合材料特性、施工工艺、设备技术及过程管控，从“事前预防、事中控制、事后保障”全流程采取针对性措施：

① 施工措施

模板精准控位：采用全站仪定位模板，支撑立杆间距≤1.5m，采用搁置横梁方式加固，标高误差≤2mm；结合预监测数据，对超标区域人工微调至±3mm 内。

分层布料振捣：按 300-500mm 厚度分层布料，插入式振捣器按 500mm 间距“行列式”布点，快插慢拔至泛浆；平板振捣器往返重叠 100mm ，确保密实均匀。

分阶段抹面压光：初凝前用 6m铝合金刮杠人工精平，3m靠尺实时校验（偏差 >3mm 立即修补）；终凝前电动抹光机压光2-3 遍，闭合微裂缝。

全周期保湿养护：压光后 1h 内覆盖塑料薄膜（搭接 ≥100mm ），高温覆盖遮阳网、低温加盖棉被，确保表面湿润≥14d，避免收缩变形。

分块跳仓浇筑：单块面积 ≤300m² ，采用跳仓法施工，块间设 20-30mm 后浇带，结合监测数据优化浇筑顺序，抵消温度应力影响。

② 监测矫正措施

前期数字化预控：用三维激光扫描模板与基层，生成点云模型对比BIM设计，超5mm区域用液压调平系统实时微调，确保初始误差≤1mm。

实时监测联动校正：分布式部署光纤光栅传感器、毫米波雷达与无人机，融合数据

生成平整度云图；智能激光整平机通过 PID 算法动态调刮板，边角机器人辅助补平，响应延迟 <0.5s 。

初凝阶段微调整：超声波监测表面硬度，结合应变数据预测收缩趋势，对 3-5mm 偏差区用高压注浆精准补平。

养护阶段动态优化：温湿度与位移传感器联动智能喷淋，温差超 20^∘C 或收缩量超0.2mm/m时自动调控，后期用激光断面仪复测，机器人研磨注浆修复 5-8mm 偏差。

技术核心：构建数字孪生体模拟校正方案，研发抗干扰算法，制定设备协同协议实现毫秒级通信。

2.大板面混凝土浇筑施工工艺及质量控制措施

分阶段浇筑工艺优化：基于实时监测数据优化跳仓分区参数（面积、间隔时间），研究浇筑顺序与温度应力、收缩变形的耦合关系。

智能化装备协同工艺：探索激光整平机与振捣设备的动态匹配参数（行进速度、振捣频率），研发多机协同作业路径算法。

动态质量阈值控制：结合混凝土凝结阶段特性，建立基于实时监测的差异化质量标准。

缺陷预警与修复工艺：通过监测数据训练质量缺陷预测模型，研究微裂缝、局部不平整的实时修复工艺与材料适配性。

3.大板面大跨度浇筑施工变形特征

研究大板面大跨度浇筑施工变形特征、工作机理，分析其受力特点，结合国内外实际案例对比分析；主要为以下几个方面：

塑性-硬化阶段变形时空分布差异及临界转换特征；

跨度与板面尺寸对变形幅值的量化影响模型；

变形与平整度偏差的动态关联机制；

基于实时监测的变形预警阈值与趋势预测方法。

总结大板面大跨度浇筑施工变形特征性

4.混凝土板面平整度实时监测系统构建与优化

混凝土板面平整度实时监测系统以多源感知网络与BIM融合为核心，通过低延迟传输实现全域精准感知，并结合凝结阶段特性自适应预警，构建“感知-传输-分析-预警”闭环体系。

5.基与BIM的三维激光扫描技术研究

BIM 与激光点云的精准融合：研究坐标系统一算法，实现扫描数据与BIM模型毫米级匹配，消除拼接误差。

动态模型更新机制：构建实时扫描数据驱动的BIM模型动态更新模块，同步反映板面平整度偏差。

智能偏差识别：基于BIM参数化特性，开发自动比对算法，快速定位超阈值区域（偏差 >3mm ）并标注成因。

可视化决策支持：利用BIM可视化功能，将平整度云图与施工进度关联，辅助校正方案生成。

（三）技术路线

本研究通过“数据驱动-闭环控制-工程验证”路径，利用BIM与激光扫描构建数字孪生，融合物联网与机器学习实现实时预测与校正，并经足尺试验验证与优化，最终形成标准化技术规程。

（四）技术难点、创新点技术研究的难点：

1.多源监测数据的实时融合与抗干扰：超大面积全域毫米级实时监测的设备协同与数据抗干扰；

2.动态变形机理的量化与预测：温度、收缩、荷载多因素耦合下的平整度动态预测精度；

3.实时校正的闭环控制：校正动作与混凝土凝结时间窗口的精准匹配；

4.复杂工况下系统可靠性：多设备（扫描仪、传感器、整平机）协同控制的系统稳定性。

技术研究的创新点：

5.多源数据融合的智能监测技术：多源监测数据融合算法，实现全域时空同步感知

6.动态变形预测模型：构建基于BIM的平整度动态预测模型，提前预警超阈值区域；

7.融合BIM与数字孪生技术，实现施工全流程平整度可视化管控与追溯。结论

本研究通过引入三维激光扫描、物联网与 BIM 融合的实时监测与校正技术，突破传统混凝土施工的精度与效率瓶颈。所构建的数据驱动闭环控制体系实现毫米级监测与秒级响应，有效保障超大面积混凝土板面平整度并降低施工风险与返工成本研究。研究成果为智能建造提供新思路与可行路径，具有显著的经济效益与社会价值。