李棟

摘要：通過深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用，有效解決傳統(tǒng)人工監(jiān)測一些問題，實現(xiàn)深基坑監(jiān)測智能采集、智能傳輸、智能計算、自動報警的四大功能。并對智能監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比和分析，進而驗證智能監(jiān)測技術(shù)在時效、人力、精度和風險四個方面相較人工監(jiān)測的巨大優(yōu)勢，明確智能監(jiān)測技術(shù)在深基坑施工的實用性及有效性。達到減少人力資源耗費和人工誤差、對超限數(shù)據(jù)自動預(yù)警的目的，更好的防范基坑風險，有效保障基坑安全。

Abstract： Through the development and application of the intelligent monitoring system for deep foundation pits， it effectively solves some problems of traditional manual monitoring and realizes the four functions of intelligent acquisition， intelligent transmission， intelligent calculation and automatic alarm for deep foundation pit monitoring. The intelligent monitoring data is compared with the manual monitoring data to verify the advantages of intelligent monitoring technology in terms of timeliness， manpower， precision and risk compared with manual monitoring， and the practicality and effectiveness of intelligent monitoring technology in deep foundation pit construction is clarified， to achieve the purpose of reducing human resource consumption and labor error， and automatically warning the over-limit data， better prevent the risk of foundation pit and effectively protect the foundation pit safety.

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控;深基坑;云服務(wù)器

Key words： intelligent monitoring;deep foundation pit;cloud server

1? 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)背景

在深基坑施工中，目前國內(nèi)大多采用的傳統(tǒng)人工監(jiān)測整個過程需要監(jiān)測人員攜帶測量儀器到施工現(xiàn)場進行人工測量記錄，然后進行內(nèi)業(yè)整理監(jiān)測數(shù)據(jù)，編寫監(jiān)測報表，如果發(fā)現(xiàn)有指標超過預(yù)警值，則啟動相應(yīng)的預(yù)警程序。

其中人工測量和報表的編寫工作都占用大量的人力資源，而且基坑周圍施工環(huán)境條件復(fù)雜，人工測量易受外界因素干擾，影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準度。監(jiān)測數(shù)據(jù)需要人工進行分析對比，發(fā)生預(yù)警難以在第一時間通知相關(guān)人員，不利于風險控制。同時人工監(jiān)測的監(jiān)測頻率較低，監(jiān)測數(shù)據(jù)是離散的、非實時的，也不便于進行分析和整理。

以上問題都說明傳統(tǒng)的人工監(jiān)測已難以防范深基坑施工期間的基坑風險，且浪費大量的人力物力，監(jiān)測質(zhì)量較難保證。為解決這些問題，更好的控制基坑風險，必須對傳統(tǒng)人工監(jiān)測模式進行跨越性的革新升級，而研發(fā)和應(yīng)用智能監(jiān)測技術(shù)就可以有效解決這些問題，使基坑風險的防范達到信息化、智能化的水平。

2? 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)措施及技術(shù)目標

2.1 技術(shù)措施

針對深基坑人工監(jiān)測模式存在的效性差、精準度低、數(shù)據(jù)不連續(xù)、無法自動預(yù)警等一系列問題，最直接有效的解決辦法就是將基坑監(jiān)測與“互聯(lián)網(wǎng)+”、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)等信息化手段相結(jié)合。同時借鑒高鐵自動化監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點，深入研究智能實施原理、軟件邏輯架構(gòu)、硬件組成、云計算等關(guān)鍵技術(shù)，并將硬件選型安裝、軟件編制和數(shù)據(jù)采集相結(jié)合，形成一套能夠在深基坑中應(yīng)用的智能監(jiān)測系統(tǒng)。該智能監(jiān)測系統(tǒng)通過對高鐵監(jiān)測技術(shù)的 24小時預(yù)警、數(shù)據(jù)精確、無人工誤差等優(yōu)點的吸收和借鑒，同時結(jié)合深基坑工程的施工特點，達到有效防范風險，保障基坑安全，實現(xiàn)信息化監(jiān)測管理的目的。

2.2 技術(shù)目標

通過研發(fā)的應(yīng)用深基坑智能監(jiān)測技術(shù)，預(yù)計達到以下目標：

①能夠有效解決人工監(jiān)測的效性差、精準度低、數(shù)據(jù)不連續(xù)、無法自動預(yù)警等問題，實現(xiàn)基坑監(jiān)測智能采集、智能傳輸、智能計算、自動報警的四大功能，使基坑監(jiān)測達到信息化、智能化水平。

其中智能采集是通過預(yù)埋的感應(yīng)元件自動對施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集;智能傳輸是將已采集的物理信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，自動傳輸?shù)皆品?wù)器;智能計算是通過云服務(wù)器端對接收到的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)解算;自動報警是通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行自動分析，實現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的自動報警功能。

②通過智能監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比和分析，最終驗證智能監(jiān)測技術(shù)在深基坑工程的實用性和有效性，真正實現(xiàn)深基坑監(jiān)測手段的全面革新升級。

3? 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用原理

3.1 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)組成

深基坑智能監(jiān)測技術(shù)是由三部分系統(tǒng)組成，第一部分就是數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測傳感器及發(fā)射器組成。數(shù)據(jù)采集單元主要負責收集施工現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)并傳輸?shù)奖O(jiān)測傳感器，再由監(jiān)測傳感器將已采集的物理信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過信號發(fā)射器發(fā)送到阿里云服務(wù)器。如圖1所示。

第二部分是在云服務(wù)器端，云服務(wù)器端對接受到的信號進行保存和數(shù)據(jù)解算，同時將數(shù)據(jù)存檔并實現(xiàn)自動預(yù)警。如圖2所示。

第三部分就是電腦端和手機端的軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)將在云服務(wù)器中接收到的數(shù)據(jù)通過電腦或手機進行展示，在軟件系統(tǒng)上我們可以實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)警情況。如圖3所示。

整個監(jiān)測過程工作原理簡單來說就是傳感器收集相關(guān)的數(shù)據(jù)然后在后臺解算數(shù)據(jù)，最后在電腦端和手機端的軟件系統(tǒng)中查看監(jiān)測預(yù)警信息，通過智能監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和自動預(yù)警來有效保證基坑安全。

3.2 明確智能監(jiān)測項目

深基坑監(jiān)測項目共包含圍護結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測和工程周邊環(huán)境監(jiān)測兩部分。其中圍護結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測包括圍護結(jié)構(gòu)頂部沉降、水平位移監(jiān)測、圍護結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、格構(gòu)柱沉降監(jiān)測、基坑回彈監(jiān)測;工程周邊環(huán)境監(jiān)測包括周邊地表沉降、建筑物水平、沉降及裂縫、傾斜監(jiān)測、坑外地下水位觀測、管線監(jiān)測。

通過對深基坑監(jiān)測項目的分析，將監(jiān)測指標中最主要的三個指標，也即潛水水位監(jiān)測、墻體水平位移監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測作為自動化監(jiān)測項目。通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)對這三個指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)的跟蹤和采集，能夠較及時的反映深基坑的安全狀態(tài)，有效防范工程風險。

3.3 施工現(xiàn)場智能監(jiān)測點位布設(shè)

在某地鐵深基坑施工現(xiàn)場的3個斷面的監(jiān)測點位，每個斷面分別布設(shè)了墻體水平位移監(jiān)測點位、地下水位監(jiān)測點位、支撐軸力監(jiān)測點位。

①墻體水平位移監(jiān)測點位是在測斜管內(nèi)安裝了測斜儀，用來監(jiān)測墻體水平位移變化。

②軸力監(jiān)測點位是主要是安裝在鋼支撐上的軸力計以及安裝在混凝土支撐鋼筋上的軸力計，用來監(jiān)測鋼支撐和混凝土支撐的軸力變化情況。

③坑外地下水位監(jiān)測點位是在水位觀測井內(nèi)安裝了水位計，用來監(jiān)測坑外的地下水位變化情況。

這三個監(jiān)測點位的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過監(jiān)測感應(yīng)元件進行收集，并通過傳輸線纜傳送至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集單元，并通過監(jiān)測傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后發(fā)送至云服務(wù)器。然后在云服務(wù)器端對數(shù)據(jù)進行解算后在電腦端和手機端進行展示。

4? 深基坑智能監(jiān)控軟件設(shè)計

4.1 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件概述

深基坑智能監(jiān)控軟件是一套針對深基坑的智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。該軟件是采用云計算，通過云端對大數(shù)據(jù)進行分析，解決傳統(tǒng)的人工監(jiān)測手段存在的信息化和自智能化程度低等問題，更好的進行防范風險，保障基坑安全。系統(tǒng)軟件包含3部分，分別是運營在云服務(wù)器上的服務(wù)器端軟件、運行在個人電腦上的客戶端軟件及安裝文件、運行在安卓手機客戶端軟件。軟件的組成如圖4所示。

4.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件特點

①項目信息全景展示。軟件通過照片、項目介紹和GIS地圖方式使用戶對項目和施工單位情況有個全面的了解。

②多種方式查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)。軟件可以通過數(shù)據(jù)表、曲線圖、時程、斷面多種形式查詢監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)，方便用戶進行對比和分析。

③數(shù)據(jù)超限時自動預(yù)警。軟件完全按照深基坑監(jiān)測規(guī)范制定預(yù)警規(guī)則，發(fā)生數(shù)據(jù)超限時第一時間以推送消息的形式發(fā)送給相關(guān)用戶，并且在軟件顯著位置上顯示預(yù)警情況，不錯過任何一個風險點。

④在線提交和查看監(jiān)測報表。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測報表在線提交，用戶可通過電腦和手機在線預(yù)覽、下載或通過社交軟件分享。

⑤在線查看CAD圖紙。通過軟件可以在電腦和手機上隨時隨地查看圖紙，方便施工。

⑥人工監(jiān)測數(shù)據(jù)的提交和管理。支持將人工監(jiān)測數(shù)據(jù)提交到系統(tǒng)和智能監(jiān)測數(shù)據(jù)一同進行查詢和預(yù)警，使監(jiān)測項目的實施更加靈活。

4.3 電腦客戶端軟件開發(fā)成果

電腦客戶端系統(tǒng)軟件為一個運行在Windows操作系統(tǒng)上的客戶端軟件，在該客戶端軟件上共計分為項目展示、項目信息、測點概覽、監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)警信息、監(jiān)測報表、圖紙查看、人工數(shù)據(jù)提交、綜合管理9個模塊。

①項目展示：在項目展示界面，將展示基坑的整體概況，包括基坑的平面圖、剖面圖、測點布設(shè)斷面圖等信息。

②項目信息：項目信息模塊主要介紹監(jiān)測基坑項目概況、監(jiān)測等級、監(jiān)測單位情況、監(jiān)測項目及頻次、控制指標等內(nèi)容。

③測點概覽：該模塊對基坑布設(shè)監(jiān)測點位進行整體展示，同時展示每個監(jiān)測指標的信息，監(jiān)測點展示支持CAD圖紙上傳功能。

④監(jiān)測數(shù)據(jù)：在監(jiān)測數(shù)據(jù)界面可以進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的整體展示，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖，通過該界面可以查詢每一個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時了解監(jiān)測情況。

⑤預(yù)警信息：在預(yù)警信息界面可以查看監(jiān)測預(yù)警狀態(tài)，由于該系統(tǒng)實現(xiàn)了自動預(yù)警功能，可以及時查看預(yù)警級別、預(yù)警模式、預(yù)警點位、超限時間、當前狀態(tài)、預(yù)警曲線等信息。

⑥圖紙查看：該模塊可以實現(xiàn)CAD圖紙監(jiān)測點位的查看，通過將工程CAD設(shè)計圖紙進行上傳，方便及時查看。

⑦人工數(shù)據(jù)提交：通過該模塊對每一個監(jiān)測點位的人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理及提交，并顯示監(jiān)測時間、提交人、測點個數(shù)、測點號、測量值等信息，便于更好的進行數(shù)據(jù)分析。

4.4 手機客戶端軟件開發(fā)成果

為方便監(jiān)測人員隨時查看監(jiān)測信息，研發(fā)了基于手機端的APP系統(tǒng)，通過手機APP下載安裝，手機客戶端是一個安卓平臺App，下載安裝后可以與電腦客戶端實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一查詢和管理。更方便的隨時隨地查看系統(tǒng)的各項信息。

①項目信息展示。在項目信息展示界面主要介紹監(jiān)測基坑項目概況、監(jiān)測等級、監(jiān)測單位情況、監(jiān)測項目及頻次、控制指標等內(nèi)容。

②測點狀態(tài)和數(shù)據(jù)查詢。在測點狀態(tài)和數(shù)據(jù)查詢界面可以展示每個監(jiān)測指標的信息及實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并形成監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖，及時了解監(jiān)測情況。

③監(jiān)測自動預(yù)警及狀態(tài)查看功能。該手機端APP可以實現(xiàn)預(yù)警信息手機自動推送功能，可以隨時隨地的第一時間收到自動預(yù)警信息，并在手機通知狀態(tài)欄出現(xiàn)通知信息。點擊預(yù)警信息就可以進入預(yù)警信息界面，可以查看監(jiān)測預(yù)警狀態(tài)、預(yù)警級別、預(yù)警模式、預(yù)警點位、超限時間等信息。如圖5所示。

④監(jiān)測數(shù)據(jù)在線查看和分享功能。通過手機端APP可以實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時分享，可以通過微信、騰訊QQ、電子郵箱、短信的形式進行數(shù)據(jù)的實時分享，保證管理人員都能夠在第一時間掌握施工現(xiàn)場的監(jiān)測狀態(tài)。達到24小時無空隙的掌握基坑安全狀態(tài)。如圖6所示。

5? 結(jié)論

①深基坑智能化監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能采集、智能傳輸、智能計算、智能報警四大功能，實現(xiàn)了基坑監(jiān)測從人工到智能的跨越，使基坑監(jiān)測達到信息化、智能化水平。②通過將智能化監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比和分析，智能化監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)相吻合，采用智能化監(jiān)測技術(shù)能夠及時有效的對各項監(jiān)測指標進行自動監(jiān)測，明確了智能化監(jiān)測技術(shù)在深基坑工程的實用性和有效性。③通過對墻體深層水平位移、地下水位、支撐軸力3個監(jiān)測指標的智能化監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線進行分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)成果能夠與深基坑開挖施工工況對監(jiān)測指標的影響規(guī)律保持一致，能夠真實準確的反映基坑安全狀態(tài)，更好的進行基坑風險的防范。

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