智能测温仪在大型基础施工中混凝土温控管理的应用研究

在大体积混凝土工程中，水泥水化反应释放大量热量，容易形成显著的内外温差，若控制不当，极易引发温度裂缝，影响结构的稳定性与耐久性。在城市轨道交通、高层建筑和桥梁基础等大型施工中，温控已成为影响质量与安全的关键因素。传统的冷却水管、分层浇筑和表面养护等手段，受限于施工条件和人工监测方式，难以实现连续、精准的控温管理。随着工程信息化技术的发展，智能测温仪以其实时性、高灵敏度和数据集成功能，正在逐步取代传统手段。该技术不仅提升了测温效率与覆盖范围，还可实现远程监控与温差预警，为施工全周期内的温度管理与技术决策提供了有力支撑，成为推动施工质量精细化管理的重要手段。

一、混凝土温控管理的基本理论与工程需求

（一）大型基础混凝土结构特点与温度裂缝风险

在大型基础施工中，混凝土浇筑结构常具有大体积、高厚度、整体性强等特点，典型如地下连续墙、筏板基础、超厚底板等。这类结构的水泥水化热积聚不易散失，导致混凝土内部温度迅速升高，而外部受环境温度影响冷却较快，从而在内外形成较大的温差。根据相关规定，当温差超过 25℃时，混凝土结构将面临较大裂缝风险。混凝土早期温度应力与其弹性模量、约束条件、水化热速率密切相关 [1]。例如，采用 C50 强度等级的普通硅酸盐水泥，其 7 天水化热可达 320 kJ/kg，若未设置有效控温措施，结构核心温度可达 70℃以上，极易引发内裂。温度裂缝不仅削弱结构的整体性，也会成为渗水通道，影响使用性能与耐久性，甚至在冻融环境下诱发钢筋锈蚀。

（二）传统混凝土温控管理方法综述

传统温控手段主要包括：预冷骨料、分层浇筑、设置冷却管、保温养护等，同时辅以人工插入温度计进行局部温度监测。这些方法虽在一定程度上降低了裂缝发生率，但仍存在明显不足。首先，人工监测手段依赖点位较少的热电偶或水银温度计，温度采样密度低，难以形成完整温度分布图；其次，数据采集周期长且依赖人工读取，无法实现温度实时反馈与自动记录；此外，传统测温系统数据脱节，不具备报警和远程联动能力，使得温控决策滞后，响应速度低。尤其在夏季高温或冬季寒冷施工环境中，外部气温波动频繁，传统温控方法难以灵活应对复杂变化。当前工程实践表明，仅依赖传统手段已无法满足大型复杂工程的温控精细化需求。

（三）现代信息化测温需求的提出

随着 BIM（建筑信息模型）、物联网（IoT）与智慧工地平台的发展，工程建设对混凝土施工的信息化管理提出了更高要求。信息化测温系统需具备实时性、高精度、多测点分布、远程监控和温差预警功能，能够与冷却水系统联动控制，甚至嵌入施工组织管理系统，实现混凝土从浇筑到养护全过程的温控数据追踪与分析。尤其是在基础厚度大于 2.5m 、外部日温差超过15℃的复杂工程中，若无法实现全方位温度感知与动态调控，极易形成不可控裂缝，埋下结构安全隐患。因此，研发具备高适应性、稳定性与可持续运行能力的智能化测温系统，已成为当前施工技术发展的核心趋势与关键突破方向。

二、智能测温仪系统原理与功能实现机制

（一）智能测温仪技术组成与工作原理

智能测温仪通常由热敏传感器（如 NTC 热敏电阻、DS18B20 数字温度传感器、光纤传感器等）、数据采集终端、无线传输模块（常见包括 LoRa、NB-IoT、4G/5G 等）以及数据处理平台四部分组成 [2]。热敏元件可根据结构尺寸、施工工艺及控温需求，埋设于混凝土不同深度和区域，通过分布式布设方式，实时、连续采集结构内部温度变化数据。采集终端对各测点数据进行汇总处理，并按照设定采样周期（一般为 10～60 分钟）通过稳定的无线通信协议传输至后台服务器，支持断点续传与远程异常提醒。后台系统可基于时间序列建模、线性回归或热力学预测模型，实现温度曲线绘制、温度梯度自动计算、超温报警及数据分析等功能，形成完整的温度监测反馈闭环。系统整体测温精度可达 ±0.2% ，可有效满足大体积混凝土在高温变工况下对温控精度和数据响应的双重要求。

（二）测温仪布置策略与数据采集管理

测温点布设应兼顾代表性、科学性与施工安全性。通常在混凝土结构的底部、中部核心区、边缘区以及表面区域布设测点，形成多层次、多区域的监测网络，以全面反映混凝土在不同空间维度内的温度分布状况。工程实践中一般以 5m×5m 为一个监测单元进行布点设计，若结构厚度超过 2.5m ，每单元建议布设不少于 3～5 个不同深度的测点，以捕捉立体温差变化趋势。为防止混凝土振捣对测温传感器造成损坏，测点应使用耐高温 PVC 保护管包裹，同时做好位置编号与埋设记录，便于后期识别与检修。数据采集可设置为固定周期触发或温变事件触发两种模式，当系统检测到温升速率超过 1℃ /10min 等设定阈值时，会自动提升采样频率，提高监控精度与时效性。为增强数据安全性与系统稳定性，智能终端普遍采用边缘缓存机制，可在无线通信中断时独立存储至少 48 小时以上的数据，并具备断点续传、远程自检、日志同步等功能，大幅提升设备现场适应能力和长期运行可靠性。

（三）智能测温系统在温控管理中的应用功能

智能测温系统通过集成化控制平台，实现温度监测、风险预警、决策支持和冷却系统联动控制四大核心功能，贯穿混凝土施工全过程的温控管理环节 [3]。平台将各测点采集的数据实时上传，并可视化呈现在温度分布图、等值面图或三维剖面图中，帮助技术人员全面掌握混凝土不同区域、不同深度和不同时间段的温度演变趋势。当系统检测到混凝土内部与表层温差超过设定阈值（一般为 20～25^∘C ）时，将自动生成报警信息并推送至施工单位管理终端，同时记录报警时间、测点编号与位置，便于后续数据追溯与事件分析。

系统可与冷却水循环设备或冷风注入系统进行联动，通过智能控制泵站启停、调节循环流速与冷却时间，实现对混凝土内部热量释放速率的精准调控与实时调整。在采用液氮降温的项目中，平台还能基于历史温升数据，结合热力学模型与有限元仿真预测，确定最优注氮时机与注入剂量，避免因降温过快引发热应力裂缝或冷缩开裂等质量问题。同时，系统具备强大的数据分析和可视化功能，可支持温度历史趋势对比、区域平均温度统计、异常识别分析、自动生成报表等，所有数据可导出为 EXCEL、PDF 或图像文件，用于施工日志记录、质量验收资料归档及后期结构运维参考。系统还可与 BIM 平台联动，嵌入建筑信息模型，实现三维温度展示与施工进度同步集成，为智慧工地建设提供多维度、可量化的数据支撑。

（四）系统优势分析与经济性评估

与传统人工测温及被动控温手段相比，智能测温系统在响应速度、空间覆盖密度、数据连续性与分析深度等方面具备显著优势 [4]。以某 3000m³ 大体积筏板基础为例，若采用传统方式，需专人每日巡视、读取并记录温度数据，平均人工成本约为 300 元 / 天，同时存在测点覆盖不足、数据采集间断及人为误差较大等问题，难以满足实时监控与快速响应需求。

相较之下，智能测温系统一次性投资约 8 万元，可布设 60 个以上温度测点，实现高密度覆盖与 24 小时不间断数据采集，系统测温精度稳定在 ±0.2% 以内，满足大体积混凝土温控工程对精细化管理的要求。系统远程管理功能强，可通过网页端或手机端进行远程监测、报警接收与参数调整，运维便捷，平均每月维护成本不足 500 元。按照一般施工频率计算，该系统可在 3～5 个大型项目中实现成本摊销，具有良好的经济性与投资回报比。此外，该系统设备安装便捷、可拆卸重复使用，具备良好的工程适应性，适用于轨道交通车站、高层建筑、地下室底板、水工构筑物等多种混凝土结构类型。其标准化、模块化设计有助于企业建立统一的温控管理体系，提升工程质量控制能力与市场竞争力，同时为项目后期数据沉淀与运维管理提供可持续的信息基础。

三、智能测温仪在大型基础施工中的典型应用案例分析

（一）案例一：城市轨道交通地下车站基础施工项目

该项目位于南方沿海某地，属于城市轨道交通核心枢纽工程，施工条件复杂，对基础结构稳定性和早期温控管理要求极高。车站基础采用大体积筏板结构，平面尺寸为 48m×32m ，厚度为 3.5m，混凝土总方量约 5400m³ ，设计强度等级为 C50，采用 P.O42.5 普通硅酸盐水泥，水胶比为 0.38，掺加粉煤灰 15% ，以降低水化热释放速率，延缓温升进程。为有效控制水化热引发的温度裂缝，项目引入智能测温系统，布设 72 个温度监测点，涵盖核心区域、边角区及上下不同深度层位，全面反映温度分布状况与梯度变化。系统设定温差报警阈值为 20% ，并与冷却系统联动控制，采用两路 $\$ 25$ 冷却水管在筏板中环形布置，循环介质为 5℃深井水。在浇筑后第 3 天，监测系统实时显示核心区温度升至 72.4℃，而表层温度为 $4 5 . 3 \%$ ，达到报警标准后，冷却系统自动启动，连续运行14 小时后，温差降至18℃以内，控温效果显著。混凝土在早期未出现贯穿裂缝，后期强度发展良好，实测 28 天抗压强度达$6 1 . 3 \mathrm { M P a }$ ，超过设计强度 $2 2 . 6 \%$ ，为结构长期稳定运行提供了有力保障。

（二）案例二：高层建筑超厚筏板基础施工实践

该项目为某300 米超高层商务综合体，其筏板基础厚达 4.2m ，属超厚大体积结构，总浇筑方量为 7200m³ 。混凝土设计采用 C60 等级自密实混凝土，配合比中添加硅灰 10% 和膨胀剂 8% ，以提升抗裂性能和流动性，同时降低泌水与离析风险，提高浇筑成型质量。项目采用智能测温系统，布设64 个测点，覆盖筏板各区域和多个深度层，测点间距控制在 4～6m 温度传感器选用 DS18B20 数字传感器，配合 LoRa 无线通信技术，实现远程数据实时上传至云端管理平台。系统具备双电源保障（市电 + 锂电池），并设置断点续传及数据冗余备份功能，确保监测连续稳定，最长监测周期达 21 天。施工过程中，通过系统数据分析得知混凝土内部温度峰值不超过 68.7℃，温升速率最大为 0.9°C A 施工团队据此调整夜间保温层厚度，增加反射膜层，并采取围护防风措施，最终将核心区与边缘区温差稳定控制在 18.5% 以内。监理单位在验收阶段检测结果表明，筏板表面无明显裂缝，结构整体性良好，温控措施起到了关键作用和实际效果。

（三）实施效果与反馈评估

两个典型项目实践表明，智能测温系统的应用极大提升了混凝土温度监测效率，减少了现场人工测温的人力投入与误差隐患。系统通过实时采集与自动预警机制，实现对温度异常的快速响应，为温控决策提供有力依据，尤其在高温天气、夜间浇筑等特殊时段保障了施工安全。在施工组织与管理方面，智能平台可分区域输出温度趋势分析图，支持数据回溯、测点比较与导出报表功能，为工程技术总结、质量评估与竣工资料整理提供详实数据支撑[5]。同时，这类系统具有良好的可扩展性，支持与结构健康监测、混凝土强度预测等模块集成，为混凝土施工全过程数字化管理奠定了基础。来自总包单位、项目管理团队与监理方的反馈均认为，智能测温系统在控温效率、施工质量保障及风险预防等方面成效显著，具备在各类大型混凝土基础工程中推广应用的现实价值和广阔前景。

总结：智能测温仪在大型基础混凝土施工中的应用，显著提升了温控管理的实时性、精度与系统性，克服了传统人工监测方式在数据延迟、点位稀疏和响应滞后的不足。通过布设多点传感器、构建无线传输网络及集成数据分析平台，施工单位能够实现对混凝土温度场的全过程动态监控与预警，有效降低温差裂缝风险，保障结构安全与耐久性。典型工程实践表明，智能测温系统不仅具备良好的适应性和经济性，还为施工组织优化、施工质量提升及智慧工地建设提供了可靠支撑。未来，随着信息化与智能建造技术的深入融合，智能测温仪将在混凝土工程中得到更广泛的推广与应用，助力大体积混凝土施工管理迈向高质量、数字化的新阶段。

参考文献：

[1] 黄夏秋 , 张劲青 . 白鹤滩水电站拱坝混凝土智能温控技术应用 [J]. 四川水利 ,2024,45(06):69-73.

[2] 丁臻 , 王俊哲 , 史林涛 , 等 . 智能测温仪的设计与实现 [J]. 信息与电脑 ( 理论版 ),2022,34(06):112-114+118.

[3] 张骏 , 夏启鑫 , 田金龙 , 等 . 新型人工智能测温仪的临床应用及准确性评估 [J]. 浙江医学 ,2022,44(08):859-862.

[4] 潘鹏 . 沥青混合料运输过程温度离析及温度智能监测研究 [D]. 河北工业大学 ,2023.000161.

[5] 富秋实 , 秦韵 . 便携式大体积混凝土智能测温系统研发及应用 [J]. 建筑施工 ,2023,45(02):242-245.