張阿晉 沈 雯 朱建剛

1. 上海建工集團工程研究總院 上海 201114；2. 上海建工房產(chǎn)有限公司 上海 200080

城市核心區(qū)深基坑工程面臨著水文地質(zhì)情況復(fù)雜、土方卸載量大、施工作業(yè)面小、保護建（構(gòu)）筑物多、地下露天作業(yè)量大、臨時施工措施多、不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)多等風(fēng)險管控難題。

目前，深基坑工程施工安全監(jiān)控仍大量采用人工監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析、紙質(zhì)監(jiān)測報表遞送等方式進行，這種傳統(tǒng)監(jiān)控方式存在著監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差甚至錯誤率大、數(shù)據(jù)分析水平受限、監(jiān)測數(shù)據(jù)利用率低、工程指導(dǎo)意義不足等問題。

近年來，隨著新型監(jiān)測設(shè)備與監(jiān)測技術(shù)的興起，越來越多的自動化監(jiān)測技術(shù)及信息化系統(tǒng)平臺被應(yīng)用于深基坑工程施工領(lǐng)域。

如楊佳等[1]、徐楊青等[2]、鄭世杰等[3]、牛文榀[4]主要研究基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息化管理系統(tǒng)開發(fā)，側(cè)重于監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯總、查詢、分析處理等基本功能的實現(xiàn)。

吳振君等[5]、周二眾等[6]、楊仲杰等[7]、傅理文等[8]、王乾坤等[9]、齊紅升等[10]主要研究了基于基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)。

受限于平臺開發(fā)的不同需求，上述系統(tǒng)普遍存在著以下問題：多數(shù)側(cè)重于監(jiān)測數(shù)據(jù)的簡單分析，專業(yè)人員缺乏，專業(yè)性分析功能不足，監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合利用率不高；安全風(fēng)險評估標準單一，無法反映深基坑施工的真實安全狀態(tài)，工程指導(dǎo)意義不足；多層級管理架構(gòu)缺乏，無法適應(yīng)現(xiàn)有大型建設(shè)集團多管理層級、多項目工點、多協(xié)調(diào)單位的安全風(fēng)險綜合管控需求[11-12]。

基于以上分析，開展集深基坑施工監(jiān)測數(shù)據(jù)專業(yè)化分析、安全風(fēng)險多參數(shù)評估與智能化預(yù)警、適應(yīng)于大型建設(shè)集團多層級安全管控需求于一體的深基坑安全監(jiān)控及風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)，可大幅降低深基坑施工的安全風(fēng)險，提高深基坑施工安全風(fēng)險的專業(yè)化、信息化、智能化管控水平。

1 設(shè)計思路

深基坑施工安全監(jiān)控及風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)擬對深基坑施工過程中的基坑本體與周邊環(huán)境進行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)跟蹤與分析、安全評價與風(fēng)險預(yù)測、專家系統(tǒng)在線分析及智能聯(lián)動控制等，實現(xiàn)深基坑施工狀態(tài)的全過程安全評估及實時預(yù)警功能，降低深基坑施工安全風(fēng)險。為提高基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的專業(yè)化水平，實現(xiàn)安全管控信息流的通暢無阻，深基坑施工安全監(jiān)控及風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)主要從3個層級進行一體化設(shè)計，系統(tǒng)層級如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)層級示意

1）現(xiàn)場層級。主要負責深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)與工況信息的采集，日常巡檢信息的上傳，視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護，安全風(fēng)險預(yù)評估及與自動報警，風(fēng)險預(yù)警信息的執(zhí)行與反饋等。

2）專業(yè)層級。主要負責監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時處理與分析，并結(jié)合實際工況定期進行數(shù)值模擬計算，出具階段性工況安全評估報告；對施工風(fēng)險點預(yù)警級別進行人工復(fù)核；針對安全風(fēng)險提出安全處置預(yù)案。

3）專家層級。主要負責定期對工程安全信息進行分析和階段性評估；對危險工況及高風(fēng)險預(yù)警事件進行安全風(fēng)險評估，并出具專家評估意見；提供專家在線網(wǎng)絡(luò)視頻會診，提升安全處置決策效率。

2 基本功能

深基坑施工安全監(jiān)控及風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)主要包括工程信息錄入及監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化分析、視頻監(jiān)控管理、人工專業(yè)分析、安全狀態(tài)評估、風(fēng)險智能預(yù)警、專家在線咨詢、現(xiàn)場主動響應(yīng)等8項功能，形成閉環(huán)式深基坑施工安全風(fēng)險智能管控平臺。

1）工程信息錄入及監(jiān)測數(shù)據(jù)采集。包括工程基本信息錄入、基坑本體監(jiān)測數(shù)據(jù)、周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻圖像信息采集、日常安全巡檢記錄、風(fēng)險預(yù)警信息等。

2）監(jiān)測數(shù)據(jù)自動化分析。包括后臺數(shù)據(jù)匯總、數(shù)據(jù)曲線分析、報表分析、圖像識別等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)工具化自動分析。

3）視頻監(jiān)控管理。包括工點視頻切換，歷史錄像回溯，監(jiān)控圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等。

4）人工專業(yè)分析。包括專家分析、預(yù)案分析、視頻分析等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多維度可視化分析。

5）安全風(fēng)險評估。包括安全信息匯總、安全狀態(tài)智能分級、安全狀態(tài)報告發(fā)布等。

6）風(fēng)險智能預(yù)警。包括風(fēng)險預(yù)報警、風(fēng)險點超前預(yù)測、預(yù)警信息發(fā)布等。

7）專家在線咨詢。包括工程階段性安全評價、專家在線網(wǎng)絡(luò)視頻會診、后臺快速評估專家系統(tǒng)等。

8）現(xiàn)場主動響應(yīng)。包括安全風(fēng)險信息系統(tǒng)發(fā)布與短信提醒、監(jiān)測設(shè)備的聯(lián)動響應(yīng)（如支撐軸力調(diào)整、視頻監(jiān)控聯(lián)動）、風(fēng)險預(yù)案自動化啟動、施工及監(jiān)測數(shù)據(jù)鎖定等。

3 實施路徑

深基坑施工安全監(jiān)控及風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)是在深入分析大型建設(shè)集團多層級、多維度、立體化深基坑施工安全風(fēng)險管控需求的基礎(chǔ)上，從深基坑參建各方數(shù)據(jù)流優(yōu)化的角度出發(fā)，建立的一種數(shù)據(jù)采集標準化、數(shù)據(jù)分析自動化、安全分析專業(yè)化、風(fēng)險預(yù)警智能化、信息傳遞高效化的系統(tǒng)平臺，其具體實施路徑如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)實施路徑

3.1 深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的標準化采集與自動化分析

深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集主要依托深基坑施工單位與第三方基坑監(jiān)測單位，該系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)采用以自動化采集為主、人工錄入為輔的方式，并對人工錄入數(shù)據(jù)進行二次甄別，最大程度降低數(shù)據(jù)錯誤率。利用后臺數(shù)據(jù)分析模塊對監(jiān)測數(shù)據(jù)、工況信息、視頻圖像等進行自動化分析；各級項目管理人員可隨時查詢基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，系統(tǒng)也可將監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果以報表的形式發(fā)送給上級管理人員，協(xié)助其對基坑安全進行初步預(yù)判。

3.2 深基坑施工安全性專業(yè)分析

在原始數(shù)據(jù)采集和自動化分析的基礎(chǔ)上，監(jiān)控管理分中心可組織專業(yè)技術(shù)人員對現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)進行專業(yè)分析，如基坑安全性數(shù)值模擬等，并結(jié)合工程自身安全性等級、現(xiàn)場即時工況、數(shù)據(jù)變形趨勢等，對自動報警結(jié)果進行重新評估，并進行多參數(shù)變權(quán)重分級細判（表1），擺脫了傳統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)報警僅憑借累計值和變形速度作為標準的單一評判模式，并引入了關(guān)聯(lián)報警、趨勢報警及工況分析等多個風(fēng)險評估因子。其中，關(guān)聯(lián)報警是指通過分析多個監(jiān)測報警項目（如地下連續(xù)墻測斜與周邊地表沉降等）之間關(guān)聯(lián)性強弱對原始監(jiān)測報警數(shù)據(jù)進行安全性細分；趨勢報警指通過數(shù)值模擬等手段分析未來幾天或下一步工況可能發(fā)生的報警點，通過可能發(fā)生報警點數(shù)量及變化趨勢等因素對現(xiàn)有安全風(fēng)險進行重新評判。對不同級別安全風(fēng)險，給出不同風(fēng)險處理方式，達到有效管控風(fēng)險的目的。

表1 安全風(fēng)險等級劃分

3.3 深基坑施工安全性專家咨詢服務(wù)

對于深基坑工程施工中出現(xiàn)的高風(fēng)險預(yù)警或較危險工況，可在監(jiān)控管理中心初步判定的基礎(chǔ)上，提交專家咨詢委員會。專家咨詢委員會由集團公司與外聘深基坑領(lǐng)域的資深專家及學(xué)者組成，咨詢服務(wù)可采用在線視頻咨詢、現(xiàn)場會診及險情處理等方式進行，可出具咨詢服務(wù)報告。該項功能可充分發(fā)揮大型建設(shè)集團高水平人才集中的優(yōu)勢，為深基坑工程建設(shè)提供高質(zhì)量、專業(yè)性技術(shù)支撐。

3.4 深基坑施工多層級安全管控信息流閉環(huán)管理

本系統(tǒng)采用信息流的多層級安全管控方案，共分為項目工點、項目部、工程公司、子集團公司和集團公司5級管理架構(gòu)。其中項目工點主要負責深基坑工點的建立、人員及工程配置、項目初始化、監(jiān)測設(shè)備安裝、原始監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集及無風(fēng)險預(yù)警等級的安全處置等。項目部、工程公司、子集團和集團公司等各級相關(guān)責任人員按照各自權(quán)限劃分進行監(jiān)測數(shù)據(jù)、工控、視頻等信息查閱及提醒事件的處理等日常工作，并分別對低風(fēng)險預(yù)警、一般風(fēng)險預(yù)警、中風(fēng)險預(yù)警和高風(fēng)險預(yù)警進行安全處置。業(yè)主單位可通過該系統(tǒng)進行項目安全管理，如實時查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)、調(diào)取視頻監(jiān)控、發(fā)布監(jiān)督檢查信息等，大幅提升了工程安全管理的信息化水平。

3.5 深基坑施工全過程信息化管理

為滿足事件產(chǎn)生后可能發(fā)生的任何情況，系統(tǒng)提供了事件升級、降級、閉合等多種處理方式，可記錄和展示事件處理的全過程信息、最新進展、相關(guān)責任人意見等，并根據(jù)不同預(yù)警事件級別，自動獲取工程信息資料，生成相應(yīng)的安全風(fēng)險預(yù)案，提升了項目安全風(fēng)險的自動化處置水平與決策效率。

4 應(yīng)用效果

本系統(tǒng)適用于大型建設(shè)集團基坑施工風(fēng)險的多層級安全管控，曾先后在上海后世博央企總部片區(qū)建設(shè)、海門路55號地塊、徐家匯中心等深基坑工程項目中得到了成功應(yīng)用。以海門路55號地塊深基坑施工為例，基于基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化采集與無線傳輸技術(shù)，本系統(tǒng)通過后臺大數(shù)據(jù)處理提供了深基坑本體（如地下連續(xù)墻測斜、支撐軸力）與周邊環(huán)境（如地下水位變化等）監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時匯總、累計量與變化速度的曲線分析、各方監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析、監(jiān)測項目之間的關(guān)聯(lián)分析等。從首道支撐下土體開挖到第6道支撐下土體開挖完成，系統(tǒng)共發(fā)布了129次安全風(fēng)險預(yù)警事件，形成了41份階段性安全報告，為工程項目安全建設(shè)提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，其在施工階段的數(shù)量分布如表2所示。

表2 預(yù)警事件及安全報告

在此基礎(chǔ)上，制定了多參數(shù)風(fēng)險預(yù)警評判標準，并通過參數(shù)權(quán)重的合理化設(shè)置，實現(xiàn)了深基坑安全風(fēng)險的全要素、全方位、全過程考量。采用的多層級安全風(fēng)險管控理念與系統(tǒng)架構(gòu)，充分考慮了項目工點、項目部、工程公司、子集團和集團5個管理層級在深基坑安全與風(fēng)險預(yù)警方面的需求，通過多層級管理權(quán)限與管理界面的合理劃分，保證了深基坑施工安全風(fēng)險信息流的高質(zhì)量、高速度、高安全運行，大幅提升了深基坑施工安全風(fēng)險預(yù)警與處置的決策效率。

5 結(jié)語

1）該系統(tǒng)從現(xiàn)場層級、專業(yè)層級、專家層級3個層級進行一體化設(shè)計，擺脫了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)專業(yè)分析人員不足、分析水平參差不齊的局面，大幅提升了深基坑施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的專業(yè)化分析水平，并通過專家系統(tǒng)的應(yīng)用，提升了工程難題的決策效率。

2）該系統(tǒng)提出了深基坑施工安全風(fēng)險多參數(shù)變權(quán)重評判標準，通過引入關(guān)聯(lián)預(yù)警、趨勢預(yù)警及工況分析等評判因子，對深基坑施工安全風(fēng)險進行重新評估細判，有助于掌握深基坑真實安全狀態(tài)，提升深基坑安全綜合評判水平。但該系統(tǒng)在多參數(shù)引入及權(quán)重設(shè)置等方面的研究尚不成熟，需在今后大量工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上進行逐步優(yōu)化。

3）該系統(tǒng)采用了基于大型建設(shè)集團深基坑多層級安全管控需求的系統(tǒng)架構(gòu)，在保證深基坑施工安全風(fēng)險信息流通暢的情況下，探索了新型深基坑安全風(fēng)險管理模式，對未來深基坑施工安全領(lǐng)域的信息化系統(tǒng)建設(shè)具有一定的借鑒意義。