上海宝钢二号高炉框架变形监测实例

工程概况

宝钢集团有限公司（以下简称：宝钢）是以宝山钢铁（集团）公司为主体，联合重组上海冶金控股（集团）公司和上海梅山（集团）公司，于1998年11月17日成立的特大型钢铁联合企业。

宝钢是中国最具竞争力的钢铁企业，年产钢能力2000万吨左右，赢利水平居世界领先地位，产品畅销国内外市场。2004年12月6日，标准普尔评级公司宣布将宝钢集团有限公司的信用评级从“BBB”调升至“BBB+”。公司信用评级的前期展望均为“稳定”。2005年7月，宝钢被《财富》杂志评为2004年度世界500强企业第309位，成为中国竞争性行业和制造业中首批蝉联世界500强的企业。

宝钢二号高炉是中国乃至亚洲最高的高炉之一，在运行了多年之后，要进行必要的大修工。从常规进度看，建设这样一个高炉需要2年时间，但此次由于采用了许多新的施工工艺和手段，使大修时间缩短至100天完成，这是一个全世界都少有的施工速度，充分体现了宝钢人的聪明智慧和才干。

一直以来，在钢铁、建筑等行业的建造、检修几乎都只采用应力应变等技术手段对钢结构厂方或框架实施实时监测，对外部变形的24小时实时监测却是首次采用，这也体现了宝钢人的做事严谨。事实证明，利用先进的徕卡测量仪器和计算机软件技术，实时动态地检测出高炉框架钢结构的各监测点的变形情况，并与施工开始前的初始数据进行比较，在工作现场以快速直观的方式给施工人员实时地提供监测数据，为施工安全与否提供依据，是一个必要和科学的监测手段。

该系统可以极大地提高测量工作效率，保证监测的实时性和测量数据的精度要求，降低测量人员的劳动强度，及时指导高炉大修时的变形调整工作。

高炉框架变形监测目的

对加固后的高炉框架及相关设施进行施工阶段的全过程监测，以便掌握炉壳拆装过程中的受力及变形情况，及时发现异常现象，为研究处理提供重要依据，避免意外事故的发生。

监测控制网及变形点布设

+45.400M和+81.500M平台的四个框架柱顶水平方向和垂直方向的变形监测;
+45.400M平台的四个框架梁跨中水平方向和垂直方向的变形监测;
+45.400M四个上升管支座处垂直方向的变形监测;
提吊环梁下翼缘的变形监测;

监测系统简介

首先用徕卡GPS1230建立监测系统平面控制网点，共计6个强制观测墩（有一个控制点改为全站仪检核点，没有纳入GPS观测），将其纳入宝钢厂区控制网体系，再用徕卡NA2+GPM3水准仪精密联测出各控制点的几何水准高程；其次是在此控制网点的基础上用2台徕卡高精度全自动全站仪TCA2003仪器，利用上海中振测量技术工程有限公司研发的专用监测软件SmartMonitor分别在高炉两侧同时对上述16个变形监测点实施三维测量，实时自动地采集数据，分析数据，根据各历史观测值分析每一个监测点的变形情况，输出各类变形曲线或图表，并可根据限差值实时报警。

主要设备配置及标称精度
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实施24小时无人值守变形监测

根据+45.400M和+81.500M两个平台的监测点分布情况和高炉周围可架设仪器的地形条件，在两个稳固的房顶上BF02和BF05架设仪器。同时各选择另外两个已知控制点BF01、BF03和BF04、BF06作为定向和检核之用，来完成仪器的架设和坐标系统的建立。

在SmartMonitor监测软件的联机控制下，用TCA2003全站仪以及独特的ATR技术对它们实施变形实时监测。

徕卡独特的ATR无源目标自动识别技术介绍

ATR英文全称是Automatic Target Recognition, 即目标自动识别。它和EDM一样，内置于TCA1800望远镜内。其测量光束与望远镜视准轴同轴，从物镜端发射，按类似自准直的原理经目标棱镜反射后返回信号由CCD相机所接收并加以分析。返回光束所形成光点相对于CCD相机中心的位置由仪器精确测定。

ATR精确定位可分为三个过程: 目标搜索、目标照准和测量。

在手动对棱镜进行粗瞄之后，ATR的精确定位将是完全自动的。首先ATR检查粗略照准的棱镜是否位于望远镜的视场里面，如果探测不到棱镜，它将从头开始搜索。一旦探测到棱镜并使之处于预先设定的限差之内，望远镜马上停止运动。

ATR需要一块棱镜配合进行目标识别，为了使工作更加简化，ATR的角度测量与距离测量同时进行。ATR标准设置中的测量精度与仪器本身的角度测量精度相一致。

当使用ATR方式进行测量时，由于其望远镜不需要人工聚焦或精确照准目标，测量的速度将会得到非常明显的增加，其精度不依赖于观测员的水平，基本上保持常数。而且，实现了夜间也可以自动观测。所以，TCA1800/1102全站仪是自动监测的最佳测量设备。

监测系统特点及软件输出成果

·测量精度高，轻松实现毫米级空间点的三维监测；
·真正24小时无人值守自动监测；
·通过GPS对控制点的控制和定期复测，保证了监测系统的可靠性；
·通过软件的控制和数据分析，利用实时差分改正技术，巧妙地、最大化地消除了外界气象条件等引起的误差，达到高精度实时显现各监测点的变形趋势；
·自动超差报警，监测点的形变位移量超过报警限差值时，软件可以通过手机短信或E-mail等方式自动报警；
·历史观测数据和走势分析一目了然，数据可以溯源；
·用户可定制输出各种格式测量成果；

SmartMonitor软件界面示意图

徕卡自动监测系统的推广价值

对于钢结构厂房、水工建筑物、构筑物、高层建筑等大型设施的外部变形监测，选择徕卡TCA2003和优秀的联机监测软件，利用徕卡独特的ATR技术，真正实现了自动测量和夜间条件下的自动观测，既保证了测量精度又保障了工程进度，极大地降低测量人员的劳动强度，提高了工作效率，并科学直观地实时反映了监测点的变形情况，实时监测，实时报警，为我们科学决策提供了有力保障。(end)