閆巖 孫雅璐

摘要：近年來我國的民用建筑取得了顯著的發(fā)展，在此基礎(chǔ)上，民用建筑的安全問題受到了各方的重視?？紤]到各地的地質(zhì)條件有所差異，因此如果開發(fā)一套通用的民用建筑沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)方法，就顯得尤為重要。本文嘗試提出民用建筑沉降監(jiān)測(cè)的有效方法，從而對(duì)民用建筑的建筑安全具備一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：民用建筑;沉降監(jiān)測(cè);預(yù)報(bào)方法;有限元軟件分析;大數(shù)據(jù)處理;

引言

近年來，我國對(duì)于民用建筑的沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究取得了較大的進(jìn)展，并且研究的方向也發(fā)生了一定的變化，逐漸從傳統(tǒng)的建筑領(lǐng)域向軟件和信息化的方向進(jìn)行演變。通過相關(guān)監(jiān)測(cè)軟件的開發(fā)與利用，能夠有效提高建筑沉降監(jiān)測(cè)的效果與效率。進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑物的潛在安全問題，最大化確保建筑物的安全水平。這就要求在沉降的監(jiān)測(cè)過程中，合理開發(fā)監(jiān)測(cè)線路，選擇最適宜的監(jiān)測(cè)方案，從而促進(jìn)民用建筑的高速發(fā)展。

一、民用建筑沉降監(jiān)測(cè)的目的與內(nèi)容

（一） 沉降監(jiān)測(cè)與大數(shù)據(jù)處理

民用建筑的定義就是為人類提供居住場(chǎng)所和公共活動(dòng)場(chǎng)所的相關(guān)建筑，需要確保建筑具備較好的安全性。正是基于此，對(duì)民用建筑的沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。民用建筑沉降監(jiān)測(cè)的目的是：通過對(duì)建筑物的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來保證建筑物符合正常的運(yùn)營使用要求，確保業(yè)主的生命和財(cái)產(chǎn)安全。除此之外，沉降監(jiān)測(cè)還能夠記錄大量的實(shí)際數(shù)據(jù)，有助于提高今后建筑物設(shè)計(jì)的技術(shù)水平，為今后相關(guān)建筑的開發(fā)積累真實(shí)的資料。通過對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，也有助于相關(guān)專家深入研究民用建筑變形的具體原因和未來的建筑物變形預(yù)測(cè)，尤其是最近幾年，隨著互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的發(fā)展，通過對(duì)大量重大工程的海量數(shù)據(jù)的篩選與分析，可以將以往更多靠工程經(jīng)驗(yàn)的地下工程項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)化展示和精細(xì)化設(shè)計(jì)。

（二） 沉降監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

民用建筑進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)的主要方法就是精密水準(zhǔn)測(cè)量，通過進(jìn)行高精度精密水準(zhǔn)測(cè)量網(wǎng)的布設(shè)來開展建筑物的沉降監(jiān)測(cè)。在沉降監(jiān)測(cè)的初始階段，首先要對(duì)監(jiān)測(cè)的方案進(jìn)行推定，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)性質(zhì)來確定監(jiān)測(cè)的精度要求，在此基礎(chǔ)上確定儀器的型號(hào)，再來進(jìn)行觀測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)。隨后，就需要對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？紤]到剛開始的監(jiān)測(cè)比較繁瑣，并且各傳感器的計(jì)量單位并不統(tǒng)一，這就需要首先對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與預(yù)處理，同時(shí)完成各類監(jiān)測(cè)設(shè)備的系統(tǒng)誤差校驗(yàn)。最后就是需要根據(jù)沉降的預(yù)測(cè)目的來進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的選擇，從而完成整個(gè)沉降監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

二、民用建筑沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)的具體過程

（一）基于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)篩析的方法確定沉降監(jiān)測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)

要想做好民用建筑沉降監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，那么首先就需要合理選擇沉降的監(jiān)測(cè)點(diǎn)。沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)又分為基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)這三大類?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的位置基準(zhǔn)，為系統(tǒng)提供起算數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理都需要參考這個(gè)位置基準(zhǔn)，所以對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇要非常慎重，通常基準(zhǔn)點(diǎn)都會(huì)選擇在建筑沉降和變形影響范圍之外，要盡可能保證基準(zhǔn)點(diǎn)可以長期地進(jìn)行穩(wěn)定保存。具體來說，基準(zhǔn)點(diǎn)至少要選擇三個(gè)，以近似等邊三角形的形式進(jìn)行布置。除此之外，基準(zhǔn)點(diǎn)的位置選擇最好可以用設(shè)備直接監(jiān)測(cè)到，不需要轉(zhuǎn)站，從而確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)的位置精度。

而工作基點(diǎn)可以算作基準(zhǔn)點(diǎn)與沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的連接點(diǎn)，工作基點(diǎn)也需要較為穩(wěn)定，避免工作基點(diǎn)的位置發(fā)生沉降。當(dāng)然，如果建筑物主體規(guī)模不大，那么附近50米到100米的范圍內(nèi)就可以之間選擇基準(zhǔn)點(diǎn)，而不需要選擇起樞紐作用的工作基點(diǎn)，通過基準(zhǔn)點(diǎn)和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)共同完成建筑沉降的監(jiān)測(cè)工作。

沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)是直接反映民用建筑沉降狀況的一種監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其位置數(shù)據(jù)能夠直接反饋建筑物的沉降狀態(tài)。這就要求相關(guān)人員要充分考慮實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、環(huán)境因素，對(duì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行慎重選擇，盡可能選擇最能體現(xiàn)建筑沉降的位置作為沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)往往為建筑物四角和地質(zhì)條件差異大的位置，建議可以將地勘報(bào)告中的詳細(xì)參數(shù)輸入有限元模型，依托目前國內(nèi)流行的有限云分析方法和大數(shù)據(jù)篩選方法，精細(xì)化的分析場(chǎng)地環(huán)境，確認(rèn)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（二）架設(shè)沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)

在完成基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)、沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選擇之后，就需要架設(shè)相關(guān)的管線來將這些點(diǎn)進(jìn)行依次的連接，從而完成沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)的架設(shè)。一般民用建筑的沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)通常采用用多節(jié)點(diǎn)閉合的水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行架設(shè)，在進(jìn)行架設(shè)的過程中，要確保監(jiān)測(cè)網(wǎng)具備較高的精度，較高的可靠性，較低的成本和較高的靈敏度。要在確保精度要求的前提下，進(jìn)行合理的布網(wǎng)，減少觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，同時(shí)系統(tǒng)要具備發(fā)現(xiàn)和剔除粗差的能力。

首先，可以將參考點(diǎn)和工作基點(diǎn)共同組成基準(zhǔn)網(wǎng)，來進(jìn)行一等或二等水平的測(cè)量工作。基準(zhǔn)網(wǎng)一般是閉合的水準(zhǔn)網(wǎng)，能夠根據(jù)一定的周期來對(duì)網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性進(jìn)行自檢。一般會(huì)選擇三個(gè)呈等邊三角形的基準(zhǔn)點(diǎn)或四個(gè)呈四邊形的基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，在完成主體框架搭建之后，再接入各個(gè)工作基點(diǎn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)要保持通視。要有至少三個(gè)符合要求的基準(zhǔn)點(diǎn)，這些基準(zhǔn)點(diǎn)也是建筑沉降監(jiān)測(cè)的起算點(diǎn)。對(duì)于規(guī)模較大的建筑物或者高層建筑，要酌情增加基準(zhǔn)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

（三）沉降數(shù)據(jù)觀測(cè)

在完成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)架設(shè)之后，就要對(duì)沉降的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)與處理。在日常的觀測(cè)的過程中，可以根據(jù)施工要求來確定精度。例如，常見的中高層民用建筑，采用二級(jí)沉降觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整套系統(tǒng)的搭建，就可以滿足觀測(cè)的要求。為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以通過同一個(gè)水準(zhǔn)儀來進(jìn)行誤差測(cè)量與校準(zhǔn)，通過定期的儀器檢測(cè)來確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？紤]到在建筑物進(jìn)行施工的過程中，載荷的頻繁變化更能夠影響沉降，這就要求相關(guān)單位要提高施工期間的沉降觀測(cè)頻率，以每加蓋兩層樓觀測(cè)一次的頻率為佳。當(dāng)然，在施工結(jié)束后也要嚴(yán)格進(jìn)行復(fù)測(cè)。

對(duì)于普通民用建筑來說，沉降的標(biāo)準(zhǔn)速度應(yīng)不超過0.04毫米/天，這表示建筑的沉降速率已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定。在觀測(cè)限差符合要求的基礎(chǔ)上，可以通過Excel等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)平差處理，從而提高檢測(cè)效果的可信度，有利于對(duì)建筑的沉降趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（四） 沉降預(yù)報(bào)方法

建筑物施工和運(yùn)營階段都會(huì)產(chǎn)生一定的沉降，而沉降是導(dǎo)致建筑物變形發(fā)生的重要原因。這其中有地質(zhì)勘察不合格的因素，還有風(fēng)力引起附加荷載的因素，除此之外，地下水位升降也有可能擾動(dòng)地基，讓建筑物產(chǎn)生一定的形變。經(jīng)過日積月累，形變可能會(huì)達(dá)到非常夸張的程度，不僅使建筑物不再符合初期的設(shè)計(jì)要求，還可能對(duì)業(yè)主的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成影響。這就要求在建筑沉降監(jiān)測(cè)的過程中，還要對(duì)建筑物的沉降趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，從而準(zhǔn)確判斷建筑物的狀態(tài)和預(yù)計(jì)使用年限。

要預(yù)報(bào)建筑沉降就需要引入相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，準(zhǔn)確反映變形量與變形因子之間的關(guān)系，進(jìn)而利于沉降原因的分析。一般來說，如果建筑物的部分沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)與其他沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移基本一致，那么就可以基于平均沉降量進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的建立。而如果某個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移狀況特別特殊，那么需要將該沉降觀測(cè)點(diǎn)與其他點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分來建立數(shù)學(xué)模型。

總結(jié)：總而言之，本文以建筑安全為前提，介紹了一種依托于大數(shù)據(jù)平臺(tái)和有限元分析軟件的民用建筑沉降監(jiān)測(cè)和沉降預(yù)報(bào)的總體步驟與布置方法。在進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)的過程中，需要參考建筑的實(shí)際情況進(jìn)行精度的確定。而開始觀測(cè)后，需要從路線、儀器和模型的角度來最大限度地減小偶然誤差，從而提高觀測(cè)可靠性。希望上述分析能夠?yàn)槲覈ㄖ两当O(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究貢獻(xiàn)一份力量。

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