李衍航，高祥祥，周才文，伍 佳

（深圳市房屋安全和工程質(zhì)量檢測鑒定中心 深圳 518000）

0 引言

數(shù)字化技術(shù)的高速發(fā)展帶來了全球普遍的信息化浪潮，世界各國政府組織都不約而同地提出了依賴互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字技術(shù)來改變城市未來發(fā)展藍(lán)圖的計(jì)劃［1］。推進(jìn)新型“智慧城市”建設(shè)，是黨中央、國務(wù)院立足于時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)和我國信息化和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展實(shí)際，為提升城市管理服務(wù)水平而做出的重大決策。“智慧城市”及其相關(guān)領(lǐng)域的信息化建設(shè)，是今后城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

基坑和邊坡作為城市建設(shè)工程質(zhì)量安全綜合管理范疇，為全面落實(shí)黨中央、國務(wù)院相關(guān)要求，2019年，深圳市政府常務(wù)會(huì)議提出制定建筑深基坑安全管理辦法［2］，提出采取現(xiàn)代信息技術(shù)手段對(duì)基坑進(jìn)行實(shí)時(shí)全面監(jiān)管。為解決以上問題，結(jié)合深圳地方“科技強(qiáng)安”基坑邊坡管理實(shí)際，深圳市搭建了一個(gè)基坑和邊坡監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)（含移動(dòng)端），實(shí)現(xiàn)對(duì)全市范圍內(nèi)在建的基坑邊坡工程安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并支持查看深基坑的歷史報(bào)警信息，在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)測監(jiān)管。深圳市基坑和邊坡監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)自2018 年開發(fā)建設(shè)，2020年1月全市試運(yùn)行，2020年6月要求全市基坑及邊坡工程項(xiàng)目接入平臺(tái)實(shí)施實(shí)時(shí)上傳監(jiān)測數(shù)［3］。平臺(tái)的投入使用后，不僅解決了國內(nèi)行業(yè)的痛點(diǎn)問題，也為深圳市行政主管部門高效精細(xì)化監(jiān)督管理和電子執(zhí)法管理工作提供可靠的數(shù)據(jù)支撐及技術(shù)保障；平臺(tái)和與之相匹配的行業(yè)管理規(guī)定和技術(shù)法規(guī)等綜合管理體系保證在建基坑邊坡始終處于安全可控狀態(tài)，避免事故發(fā)生。

1 基坑和邊坡監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)的研究

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

⑴監(jiān)測管理。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測機(jī)構(gòu)對(duì)監(jiān)測的工程信息進(jìn)行工程項(xiàng)目登記，包括監(jiān)測方案上傳；監(jiān)測進(jìn)程中，每次巡檢記錄、簡報(bào)登記；同時(shí)，可查詢基坑地理分布及原始數(shù)據(jù)。報(bào)警工程，發(fā)送短信通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。

⑵實(shí)時(shí)監(jiān)控?，F(xiàn)主管部門監(jiān)控整體的基坑現(xiàn)行情況，可按安監(jiān)站、監(jiān)測時(shí)間進(jìn)行查詢；主要內(nèi)容有：安全狀態(tài)（當(dāng)前狀態(tài)與歷史狀態(tài)）、工程名稱、工程地點(diǎn)、地理分布、監(jiān)測情況及處理情況［4］。

⑶監(jiān)督管理。實(shí)現(xiàn)報(bào)警未處理、報(bào)警處理中、報(bào)告已處理3 個(gè)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)各工程數(shù)量，每個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，點(diǎn)擊可查看相關(guān)工程信息內(nèi)容及監(jiān)測情況。

1.2 技術(shù)路線

預(yù)警平臺(tái)研究采用從“基礎(chǔ)研究”，到“標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范研究”，再到“應(yīng)用研究”的技術(shù)路線［5］。

基礎(chǔ)研究主要包括城市深基坑、高邊坡工程項(xiàng)目質(zhì)量監(jiān)管所涉及的監(jiān)管模型的研究，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的調(diào)研與分析。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究主要是研究基坑、邊坡工程監(jiān)測與質(zhì)量安全監(jiān)督數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)編制配套的技術(shù)管理規(guī)范。應(yīng)用研究主要依據(jù)上述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，建立工程質(zhì)量安全數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用軟件。最后將應(yīng)用研究產(chǎn)生的成果，在全市現(xiàn)場工程項(xiàng)目中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用和檢驗(yàn)。再根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行完善，最后全面推廣。

1.3 主要研究工作

1.3.1 理論研究

基于現(xiàn)有的工程，對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控理論、方法、數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、匯總及分析，梳理平臺(tái)需兼容的監(jiān)測方法及各類型監(jiān)測方法。在自動(dòng)設(shè)備對(duì)接方面，服務(wù)器和傳感器之間采取TCP/IP協(xié)議，設(shè)備與服務(wù)器的通訊過程如圖1所示。

圖1 設(shè)備與服務(wù)器的通訊過程Fig.1 Communication Process between Device and Server

1.3.2 數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立

⑴監(jiān)測管理平臺(tái)的搭建。管理平臺(tái)主要供不同用戶群體使用，同時(shí)接收和處理數(shù)據(jù)的接入、展示和報(bào)警觸發(fā)等功能模塊。監(jiān)督管理模塊需要包含機(jī)構(gòu)管理、監(jiān)督檢查、異常監(jiān)督審查、監(jiān)督跟進(jìn)、報(bào)警閉合管理等功能板塊；監(jiān)測管理模塊包括機(jī)構(gòu)管理、人員管理、設(shè)備管理、監(jiān)測項(xiàng)目管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、異常處理、自動(dòng)化監(jiān)測數(shù)據(jù)接收與處理等。監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)功能設(shè)置如圖2所示。

圖2 監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)功能設(shè)置Fig.2 Function Settings of Monitoring and Early Warning Platform

⑵數(shù)據(jù)接入與展示端。數(shù)據(jù)的接入與展示提供給3 個(gè)用戶群體使用，監(jiān)督管理單位主要用于數(shù)據(jù)監(jiān)督、報(bào)警閉合管理、異常審查及項(xiàng)目歸檔等功能；監(jiān)測單位主要用于監(jiān)測數(shù)據(jù)接收及上傳、結(jié)果查詢展示、設(shè)備控制、報(bào)警審批等。其中對(duì)數(shù)據(jù)接入和展示最主要的作用是提供給平臺(tái)用戶進(jìn)行預(yù)警處置，該功能預(yù)設(shè)內(nèi)置的警情操作流程，也可以依據(jù)不同區(qū)域、工程行業(yè)和預(yù)警類型實(shí)現(xiàn)差異化的預(yù)設(shè)［6］。監(jiān)測預(yù)警閉合管理程序如圖3所示。

圖3 監(jiān)測預(yù)警閉合管理程序Fig.3 Monitoring and Early Warning Closure Management Procedure

⑶與現(xiàn)有工程質(zhì)量監(jiān)管平臺(tái)互聯(lián)互通。工程的基本信息來源應(yīng)統(tǒng)一由住建局已發(fā)文啟用全市統(tǒng)一的“智能建造”平臺(tái)創(chuàng)建生成，監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)與其依據(jù)位移識(shí)別碼進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并將監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)、預(yù)警信息等交換給“智能建造”平臺(tái)。監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)架構(gòu)拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖4 監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)架構(gòu)拓?fù)銯ig.4 Architecture Topology of Monitoring and Early Warning Platform

⑷平臺(tái)的基本框架設(shè)計(jì)思路。數(shù)據(jù)平臺(tái)可參考類似系統(tǒng)進(jìn)行功能架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于本項(xiàng)目實(shí)際需求進(jìn)行細(xì)化編程，在前期采用模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，接入實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，直至整個(gè)流程初步完成后，上線試運(yùn)行。

1.3.3 軟件平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路

規(guī)劃深圳市基坑和邊坡監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)業(yè)務(wù)流程及系統(tǒng)可用性、軟件性能要求、管理分權(quán)分域等相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行研討和規(guī)劃，在業(yè)務(wù)理解和功能優(yōu)化上做好充足的準(zhǔn)備。主要體現(xiàn)如下：

⑴平臺(tái)建設(shè)的軟件技術(shù)選型思路。選擇快速搭建分布式環(huán)境的通用模式，采用SpringCloud 框架，基于SpringBoot 和Java 技術(shù)開發(fā)，每個(gè)組件都對(duì)應(yīng)一個(gè)起步依賴，組件之間可以整合到一起發(fā)揮作用。

⑵為保證系統(tǒng)能全天候不宕機(jī)，需提高系統(tǒng)并發(fā)訪問能力，設(shè)計(jì)分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)，便于信息化項(xiàng)目將在全市推廣應(yīng)用，具有數(shù)據(jù)維度高、范圍廣、建設(shè)周期長等特點(diǎn)，分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)Fig.5 Distributed Database Design

⑶安全架構(gòu)設(shè)計(jì)。信息安全管理是系統(tǒng)質(zhì)量保證的核心，對(duì)于系統(tǒng)部署發(fā)布，采用堡壘機(jī)方案運(yùn)維，保障網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)不受來自外部和內(nèi)部用戶的入侵和破壞。主要考慮采用Web 防火墻、SSL 證書、高仿IP、VPN等隔離技術(shù)手段和措施，保證系統(tǒng)安全。

⑷軟件測試上線部署流程。制定完整且具體的測試路線和上線部署流程，為軟件應(yīng)用實(shí)施提供管理保障。

1.3.4 推廣應(yīng)用，優(yōu)化升級(jí)

選取8～10 個(gè)具有一定規(guī)模和技術(shù)實(shí)力的監(jiān)測單位，開展監(jiān)測管理平臺(tái)的初步應(yīng)用試點(diǎn)。確保平臺(tái)各個(gè)業(yè)務(wù)流程暢通后，再實(shí)施全面應(yīng)用推廣計(jì)劃。在平臺(tái)初步應(yīng)用到全面推廣過程中，搜集各有關(guān)單位反饋的意見和建議，經(jīng)整理匯總后，分析問題產(chǎn)生原因，優(yōu)化升級(jí)監(jiān)測平臺(tái)，使之具有更好的兼容性和先進(jìn)性。

1.3.5 制度建設(shè)，巡視督查

公布監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)數(shù)據(jù)采集專用接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書、監(jiān)測報(bào)警后續(xù)閉合管理要求后，結(jié)合全市的管理狀況及各有關(guān)單位的應(yīng)用情況，出具深圳市基坑和邊坡監(jiān)測管理辦法。

2 數(shù)字化監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)登錄管理功能實(shí)現(xiàn)

用戶打開系統(tǒng)，展示登錄頁面。超級(jí)管理員可以分配機(jī)構(gòu)管理員及其他賬號(hào)，輸入賬號(hào)、初始密碼、選擇角色后創(chuàng)建帳號(hào)成功。若人員發(fā)生職級(jí)調(diào)動(dòng)，也需機(jī)構(gòu)管理員進(jìn)行職級(jí)更改。開通成功后人員可以進(jìn)行密碼修改，賬號(hào)無法進(jìn)行修改，監(jiān)測人員帳號(hào)需要人臉識(shí)別后方可正常上傳數(shù)據(jù)［7］?；雍瓦吰卤O(jiān)測預(yù)警平臺(tái)登入界面如圖6所示。

2.2 基礎(chǔ)信息管理功能實(shí)現(xiàn)

⑴在管理活動(dòng)中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，如單位、人員、設(shè)備、項(xiàng)目及報(bào)告等信息，數(shù)據(jù)來源眾多，格式各異。建立完善基礎(chǔ)信息監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)，圍繞施工過程管理，對(duì)工程實(shí)體質(zhì)量安全和參建各方行為信息進(jìn)行采集，整合人員管理、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控和監(jiān)測等數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建覆蓋主管部門、企業(yè)、工程現(xiàn)場和監(jiān)測單位多方聯(lián)動(dòng)的可視化的物聯(lián)感知體系［8］。并實(shí)現(xiàn)區(qū)屬感知平臺(tái)數(shù)據(jù)全面匯聚，以支撐數(shù)字指揮、智慧監(jiān)管、服務(wù)在線的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

⑵工程項(xiàng)目。市住建局觀看監(jiān)督機(jī)構(gòu)下的工程狀況時(shí)，深基坑/高邊坡監(jiān)督項(xiàng)目概況，根據(jù)支護(hù)形式、深度、高度以及項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)源分布情況進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，并以統(tǒng)計(jì)圖的形式進(jìn)行展示。

⑶監(jiān)測單位、人員、設(shè)備和報(bào)告。查看監(jiān)測單位詳細(xì)信息時(shí)；監(jiān)測報(bào)告臺(tái)賬、日?qǐng)?bào)、周報(bào)及總結(jié)報(bào)告等。

⑷監(jiān)督機(jī)構(gòu)、人員信息。查看監(jiān)督機(jī)構(gòu)和人員信息時(shí)，監(jiān)督人員操作（查看、修改、刪除、變更）。

2.3 安全監(jiān)管單位用戶功能實(shí)現(xiàn)

⑴市住建局。以住建全周期、全鏈條、全方位、全要素監(jiān)管為內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管一張圖。通過一張圖，支持從宏觀到微觀，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)的的指揮與監(jiān)管，通過監(jiān)控指標(biāo)和數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的數(shù)字化指揮；通過智能分析，智能監(jiān)控和智能預(yù)警等技術(shù)與手段，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管的智慧化。住建局首頁界面如圖7所示。

圖7 住建局首頁界面Fig.7 Home Interface of Housing and Urban Rural Development Bureau

①預(yù)警地圖。點(diǎn)擊預(yù)警地圖上的各區(qū)跳轉(zhuǎn)頁面展示對(duì)應(yīng)監(jiān)督機(jī)構(gòu)下的工程信息。

②深基坑、高邊坡項(xiàng)目。匯總系統(tǒng)內(nèi)的深基坑、高邊坡項(xiàng)目進(jìn)行項(xiàng)目總數(shù)、各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)分布數(shù)量，并以統(tǒng)計(jì)圖的形式進(jìn)行展示。

③監(jiān)測單位。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的正在開展業(yè)務(wù)和無監(jiān)測業(yè)務(wù)的監(jiān)測單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以圖表的形式進(jìn)行展示。

④ 人員信息。對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的監(jiān)測人員的職級(jí)按測量人員、審核人員和批準(zhǔn)人員進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，并以統(tǒng)計(jì)圖的形式進(jìn)行展示。

⑵ 監(jiān)督機(jī)構(gòu)。監(jiān)督機(jī)構(gòu)人員觀看數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，包括安全等級(jí)數(shù)量統(tǒng)計(jì)、工程預(yù)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、各組項(xiàng)目數(shù)量統(tǒng)計(jì)和監(jiān)督各組人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)。截至2022年10月9日，已接入基坑監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)的1 350個(gè)；已上傳監(jiān)測數(shù)據(jù)的1 336個(gè)，占比約98%；上傳數(shù)據(jù)完整的1 286個(gè)，占比95%。市、區(qū)各監(jiān)督站在監(jiān)基坑邊坡工程接入監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)情況統(tǒng)計(jì)如圖8所示。

圖8 接入監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)情況統(tǒng)計(jì)Fig.8 Statistics of Access to Monitoring and Early Warning Platform

⑶ 監(jiān)測單位。監(jiān)測單位人員觀看數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)，包括工程預(yù)警數(shù)量統(tǒng)計(jì)、項(xiàng)目進(jìn)度統(tǒng)計(jì)、人員信息、該監(jiān)測單位在監(jiān)工程臺(tái)賬［9］。監(jiān)測單位首頁界面如圖9所示。

圖9 監(jiān)測單位首頁界面Fig.9 Home Interface of Monitoring Unit

① 工程預(yù)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。展示該監(jiān)測單位的正常、超預(yù)警未處理、超預(yù)警已處理、超預(yù)警未處理、超預(yù)警已處理的工程數(shù)量。預(yù)警程度按照等級(jí)分為三類等級(jí)：第一類是A類警情：個(gè)別測點(diǎn)變形或受力超過預(yù)警值或復(fù)測超時(shí)未上傳；第二類是B類警情：多個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目超預(yù)警值或超控制值；第三類是C 類警情：多個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目超控制值或變形不穩(wěn)定。分級(jí)預(yù)警情況及通知對(duì)象圖如圖10所示。

圖10 分級(jí)預(yù)警情況及通知對(duì)象Fig.10 Hierarchical Early Warning and Notification Object

②項(xiàng)目進(jìn)度統(tǒng)計(jì)。展示該監(jiān)測單位的未開工、深度10 m 以下、深度10～15 m、深度15～20 m、深度20 m以上的項(xiàng)目工程數(shù)量。

③人員信息。展示該監(jiān)測單位下的測量人員、報(bào)告編寫人員、審核人員、批準(zhǔn)人員的數(shù)量。

④監(jiān)測單位在監(jiān)工程臺(tái)賬。序號(hào)、工程名稱、施工工況、報(bào)警狀態(tài)、項(xiàng)目類別、報(bào)警詳情、處理情況、建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)督機(jī)構(gòu)、最后一次上傳時(shí)間和操作。

3 結(jié)論

依托“智能監(jiān)管、智慧建造”有關(guān)信息化平臺(tái)，研究及開發(fā)了深圳市基坑和邊坡監(jiān)測預(yù)警平臺(tái)，主要取得以下成果：

⑴平臺(tái)的投入使用，解決了市面上類似平臺(tái)存在的真實(shí)性存疑、可視化程度低、預(yù)警分類不明確及不同儀器互不兼容等問題。

⑵實(shí)現(xiàn)了對(duì)全市范圍內(nèi)在建的基坑邊坡工程均在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)管，各責(zé)任主體、第三方監(jiān)測單位及行業(yè)監(jiān)督主管部門均在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行監(jiān)測相關(guān)工作，為智慧住建和智慧城市數(shù)據(jù)互聯(lián)互通奠定良好基礎(chǔ)。

⑶平臺(tái)的建成，對(duì)工程建設(shè)的監(jiān)測、監(jiān)管提出了更高的要求，強(qiáng)化監(jiān)督人員對(duì)建設(shè)工程的精細(xì)化監(jiān)管，提高監(jiān)督力度和水平，有效遏制工程質(zhì)量安全和事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量和安全進(jìn)一步提升。