1.本发明总体上涉及系留高空结构，尤其是用于自然灾区应急管理救援，具体是一种悬浮式高空应急建筑平台结构，用于搭载临时通信设备、照明设备、遥感设备、激光测量设备等高空应急设备。


背景技术：

2.随着我国经济的快速发展，基础建设和建筑工程技术也快速发展。但为应对洪水、地震、狂风等自然灾害造成的道路破坏、电路破坏、信号传输设施破坏，须具有携带轻便、快速安装、成本较低、高空作业、灾情即时掌控等特点，目前的建筑结构类型无法满足此需求。
3.因此，急需一种施工简易、自重轻、低成本、易装卸、满足高空搭载功能的新型结构应对灾情需求。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明的目的在于提出一种悬浮式高空应急建筑平台结构，属于一种高空应急工程用悬浮式建筑结构平台，用于应急管理、高空监测等项目的高空悬浮建筑结构。
5.上述目的可通过以下技术方案实现：一种悬浮式高空应急建筑平台结构，包括：搭载平台，作为悬浮式高空应急建筑平台结构的主承载平台，由气囊和外包囊体构成，气囊填充轻型气体，外包囊体包覆在气囊外，气囊和外包囊体组合成悬浮囊体悬浮于空中，并由拉索连接至地面；定位平台，其下部连接定位索，由定位索连接至搭载平台并悬浮于搭载平台上方，用于定位搭载平台；平台影像监控系统，由所述定位索挂载在搭载平台上方，用于监控搭载平台，并向地面实时传输影像；姿态监测系统，设置在搭载平台上，对搭载平台的形态状况进行监控，并把监控信号传输到地面；应急设备搭载系统，吊挂在搭载平台下方，用于自地面向搭载平台运输设施设备；能源与信号连接系留系统，包括拉索和由拉索搭载的电线电缆，拉索将搭载平台连接固定至地面，电线电缆使地面和空中平台各系统进行电力和信号传输。
6.在一些实施例中，所述定位平台由气囊和外包囊体构成，气囊填充轻型气体，外包囊体包覆在气囊外，气囊和外包囊体组合成悬浮囊体。
7.在一些实施例中，所述气囊为密封的阻气层结构形成的单层囊体，外包囊体为密封的持力层结构形成的单层囊体，阻气层结构材料选用tpu或其他可有效阻隔轻型气体的材料，持力层结构材料选用降落伞布或其他轻质高强织物材料；或者，所述气囊和外包囊体材料采用铝膜。
8.在一些实施例中，所述定位索采用带阻尼定位索。
9.在一些实施例中，所述搭载平台工作高度在200
‑
500米高空，定位平台工作高度在500
‑
1000米高空。
10.在一些实施例中，所述姿态监测系统粘贴在搭载平台上表面，姿态监测系统采用北斗系统或其他全球定位系统。
11.在一些实施例中，所述搭载平台为具有中心通孔的圆环形结构，所述应急设备搭载系统通过绳索吊挂在中心通孔的正下方。
12.在一些实施例中，气压自平衡系统，用于接收搭载平台的气囊气压不稳定信号，并根据气压不稳定信号自动调节或借助气体加热系统调节气囊内部气压；气体加热系统，用于接收来自气压自平衡系统的气压不稳定信号，并根据气压不稳定信号对气囊内部的轻型气体进行加热。
13.在一些实施例中，所述气体加热系统为内贴膜气体加热系统，多个内贴膜均匀环绕粘贴在气囊内表面。
14.在一些实施例中，可复位地锚系统，包括一刚性弹簧，下端与地面连接，上端与所述能源与信号连接系留系统的拉索连接。
15.本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供一种悬浮式高空应急建筑平台结构，将轻型气体及气体加热系统应用于高空应急领域，结构可搭载所需设备系统在200
‑
500米高空稳定工作，用于应急管理临时高空监控监测，高空搭载应急设备、电子设备、照明设备等；能够保持平台的高空位置稳定和实现自动复位；重量轻、体积小，强度高；气囊通过充轻型气体形成主体结构，气囊与拉索通过卡扣便捷连接，快速施工，适应性强，现场施工所需人工设备较少；结构材料均为标准化设计、工厂加工，现场组装对场地环境要求较低，方便加工、吊装、运输、拆装，能够极大提高现场施工效率；结构易拆卸，材料可回收循环利用；整体安装无需动火，对水电设施、机械要求较低。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
17.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。
18.图1为本发明一个实施例的悬浮囊体示意图；图2为本发明一个实施例的搭载平台剖面图；图3为本发明一个实施例的整体立面示意图；图4为本发明一个实施例的上半部分立面示意图；图5为本发明一个实施例的下半部分立面示意图；图6为本发明一个实施例的桩基系统和地锚系统示意图；
图7为本发明一个实施例的整体效果示意图。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
20.在本发明的描述中，术语“包括/包含”、“由
……
组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含
……”
、“由
……
组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
21.需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
23.以下结合较佳的实施方式对本发明的实现进行详细的描述。
24.本发明研究一种悬浮式高空应急建筑平台结构，如图7所示，主要由搭载平台、定位平台、平台影像监控系统、姿态监测系统、应急设备搭载系统、能源与信号连接系留系统构成，下面结合附图对各系统进行详细阐述。
25.如图1所示，搭载平台和定位平台均由气囊和外包囊体构成，气囊具有密封的阻气层结构2，阻气层结构2内部填充轻型气体1形成气囊；外包囊体具有密封的持力层结构3，持力层结构3包覆在气囊外部形成悬浮囊体4。悬浮式结构能够确保其在高空位置的基本稳定和保持，具体在后文中阐述。
26.本发明通过气囊与外包囊体形成双层囊体结构，气囊提供填充轻型气体的载体，持力层结构形成的外包囊体提供整个悬浮结构的强度支撑，确保整个悬浮结构在安装和使用过程中不会被破坏，尤其是不会轻易伤及内部的气囊。
27.本发明中，气囊为单层囊体，阻气层结构1材料选用tpu或其他可有效阻隔轻型气体的材料；外包囊体为单层囊体，持力层结构3材料选用降落伞布或其他轻质高强织物材料。伞布等类似材料轻质高强，采用单层囊体就能够满足本发明对强度和重量的要求。
28.气囊和外包囊体也可以采用铝膜代替。
29.本发明中，轻型气体1为氦气或者其他密度低于空气的气体。
30.如图2，悬浮囊体4内部放置气压自平衡系统6和气体加热系统5。通过气压自平衡系统6接收气囊内部气压变化，并做出判断输出信号；气压高于限定值则排出轻型气体；气
压低于限定值，信号输入气体加热系统5，通过加热气囊内部轻型气体的温度，从而改变气体压强，使气囊内部气压达到正常工作状态。
31.气体加热系统5采用内贴膜气体加热系统，多个内贴膜均匀环绕粘贴在气囊内表面，内贴膜采用碳纳米膜材料或其他极轻可加热材料，碳纳米膜材料可快速通电散热，从而实现对轻型气体的快速加热，使其体积膨胀，提高应急平台上浮力和整体刚度。电源线与系留拉索相连，由地面连接至碳纳米膜材料，气囊具有充气通道（类似轮胎的气门芯），电源线通道与充气通道共用，即电源线通过充气通道由地面连接至气囊内部的内贴膜。
32.气压的监测和气体加热、气囊充气或排气等由地面信息收集系统通过地面信号接收、传输，根据气囊内部气压和外部温度情况，结合姿态监测系统提供搭载平台空中位置，当气压过低或者需要上浮时，由地面自动控制系统自动启动通电进行加热操作；当轻型气体加热膨胀至设计压力时，由地面自动控制系统远程控制电源开闭。反之，当气囊内气压超过设计压力时，由地面自动控制系统启动通电，由气压自平衡系统排出轻型气体。在工作期间各类信息反馈至地面信息收集系统，地面自动控制系统发出指令进行自动加热或自动排出等操作。
33.本发明中，如图3所示，悬浮囊体4根据作用和位置不同分为搭载平台4
‑
1和定位平台4
‑
2。搭载平台4
‑
1工作高度在200
‑
500米高空，定位平台4
‑
2工作高度在500
‑
1000米高空。
34.如图4所示，搭载平台4
‑
1上部留出连接条4
‑
3，连接条4
‑
3具有孔洞，通过孔洞与定位索7
‑
1连接，同时也能够避免定位索7
‑
1直接连接囊体而容易造成囊体扯坏；定位索7
‑
1另一端与定位平台4
‑
2连接。
35.定位平台4
‑
2作为高空姿态控制和调整的第一道保障，主要对搭载平台4
‑
1进行定位，目的是让搭载平台自动复位，保障搭载平台的位置稳定。
36.定位平台4
‑
2在搭载平台4
‑
1上方，搭载平台4
‑
1在200～500米高空，定位平台4
‑
2在500～1000米高空，两者工作高度相差较大，在风力作用和空气流动上有相位差，定位用囊体由于高度较高，其位置相对稳定，位移较小或不发生位移，定位用囊体与搭载用囊体之间的定位索、搭载用囊体与地面连接的系留拉索共同工作，一旦搭载平台囊体移动，它就会和定位气囊、地面锚固点形成一个三角形，定位气囊和地面锚固点的合力会促使搭载平台囊体慢慢复位。
37.另外，搭载用囊体与地面连接的系留拉索将高空风力传递至地面锚固系统，可避免搭载平台承受瞬态风力产生较大位移，即便产生一定位移，由于风力在不同高度作用的相位差不同，可使其位置复原。
38.在搭载平台4
‑
1的上空，定位索7
‑
1上挂载平台影像监控系统12，对搭载平台进行实时监控，并将监控情况实时传输至地面，通过影像可以清楚了解和掌握搭载平台的情况，以及如果发生意外可以清楚原因。
39.定位索7
‑
1采用带阻尼定位索，借助阻尼作用能够减小定位平台4
‑
2的位移，以及保证定位平台出现移动后返回原位置。
40.搭载平台4
‑
1的上部粘贴姿态监测系统13，姿态监测系统13可采用北斗系统或其他全球定位系统，对搭载平台4
‑
1的状况进行监测，主要是监测气囊的表面形态变化，产生的位置变化，判断姿态，并把信息传输给地面。
41.如图5所示，搭载平台4
‑
1下部安装连接条4
‑
3，连接条4
‑
3与能源与信号连接系留
系统7
‑
2连接。能源与信号连接系留系统7
‑
2下端连接至地面，将搭载平台连接固定在地面。
42.能源与信号连接系留系统7
‑
2包括拉索和由拉索搭载的电线电缆，拉索承载张力，将搭载平台连接固定至地面，电线电缆使地面和空中平台各系统进行电力和信号传输。
43.本发明中，能源与信号连接系留系统7
‑
2的拉索采用碳纳米纤维绳或者其他高强度纤维类绳索，拉索同时搭载电线电缆，为电子设备传输电力，以及在地面和高空传导信号。
44.再参见图5，在搭载平台4
‑
1的下方中间位置吊挂应急设备搭载系统8，通过应急设备搭载系统8往空中运输电子设施设备。
45.再参见图2，本发明中，搭载平台4
‑
1为具有中心通孔的圆环形结构，应急设备搭载系统8通过绳索吊挂在中心通孔的正下方，以便于从地面向搭载平台4
‑
1上运输设施设备。
46.本发明中，如图6所示，能源与信号连接系留系统7
‑
2下端通过可复位地锚系统9和钢管桩10连接固定至地面。
47.钢管桩10预埋于地面基础中，钢管桩10顶端设置一连接钢板10
‑
1，连接钢板10
‑
1上焊接一地锚连接系统11，地锚连接系统11与可复位地锚系统9连接。
48.可复位地锚系统9采用有一定长度的刚性弹簧，刚性弹簧作为使得搭载平台自动复位的第二道保障，在搭载平台发生位移后使其恢复原位。弹簧上端与能源与信号连接系留系统7
‑
2的拉索连接，下端连接地锚连接系统11，地锚连接系统主要考虑桩基与刚性弹簧可快速拆卸连接。
49.钢管桩也可采用木桩或其他地锚结构代替。
50.本发明的悬浮式高空应急建筑平台结构，将轻型气体应用于应急管理项目中，尤其是自然灾害造成的急需高空作业，在气囊中填充轻型气体，利用轻型气体的浮力，使搭载平台在高空中处于平衡状态，实现搭载平台在高空中搭载应急设施设备，实现高空悬浮式应急救援作业。
51.利用拉索的牵引力，使用轻便的拉索材料对其约束，同时结合定位气囊形成的位移自修复功能，保障搭载平台的位置稳定和恢复。
52.本发明施工工艺简单，材料工厂预制，标准化设计，方便加工、吊装、运输，现场铺装，充气，连接抗风稳定结构即可，对场地环境要求较小，拆装方便，整体安装无需动火，对水电设施、机械要求较低。
53.本发明整体结构轻便，自重小，强度高，能够实现高空稳定作业，通过模型试验验证了其可行性，从材料、工艺等各方面均有实现路径。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。