歐陽波，田力

（湖南省地質災害調查監(jiān)測所湘南所，長沙 410000）

1 引言

基坑工程的自動監(jiān)控系統可以建立系統化、自動化、立體化的監(jiān)測系統， 快速及時地對各類監(jiān)測點的變化情況做出評估，監(jiān)測地表的位移、沉降變化動態(tài)，基樁的應力應變，并對監(jiān)測點土體內部位移變化和水位變化動態(tài)監(jiān)測， 根據監(jiān)測數據變化情況做出預報預測，及時反映地表形變區(qū)的安全情況，為后續(xù)的安全施工運行提供可靠的依據。 同時，參照相關技術標準，科學設定預警閾值，在監(jiān)測過程中變化速率超過閾值、支護結構變形異常等情況時，系統能及時通過本地聲音報警、遠程聲音報警、相關防災人員手機短信等方式發(fā)出預警信息，實時實現野外監(jiān)測設備自動報警， 監(jiān)測成果實時發(fā)送至業(yè)主單位、監(jiān)理單位、施工單位，為基坑安全施工做好監(jiān)測預警。

2 自動化監(jiān)測系統概述

2.1 自動化監(jiān)測系統概念

自動化監(jiān)測系統是集成了互聯網技術、計算機編程技術、數據庫技術、傳感器技術、結構分析計算技術及地理信息系統技術的綜合系統工程， 通過綜合分析多種監(jiān)測方法獲取的監(jiān)測數據，確定監(jiān)測點的穩(wěn)定狀況及其發(fā)展趨勢，并能及時做出預測預報，防止或減輕損失。 面向監(jiān)測防治專業(yè)人員提供實時的詳細的監(jiān)測數據信息， 更能為業(yè)主及時提供各類突發(fā)應急信息，長期用于深基坑和施工環(huán)境復雜的工程，為調度決策與指揮提供有力的技術支持和科學依據。

2.2 自動化監(jiān)測系統特征

自動化監(jiān)測系統實現了工程數據的流程化、 自動化和細節(jié)化。 為基坑支護的穩(wěn)定性判定等數據的收集提供了依據。 目前，為保證工程質量的持續(xù)發(fā)展，利用自動監(jiān)測技術，把基坑工程的安全、穩(wěn)定施工作為主要監(jiān)控對象，通過對工作和資料的收集，使基礎施工工藝得到全面、準確的反饋。 利用高精度傳感器監(jiān)測到的實時數據得到監(jiān)測點沉降、位移、受力等變化量，建立安全監(jiān)測模型系統，分析監(jiān)測點的變形與形變規(guī)律并實現信息及時反饋，合理制定監(jiān)測內容、布設監(jiān)測點和確定數量。 為調度決策與指揮提供有力的技術支持和科學依據。

2.3 自動化監(jiān)測系統設計

自動化監(jiān)測系統利用計算機編程技術、 數據庫以及GIS等技術，通過綜合分析多種監(jiān)測方法獲取的監(jiān)測數據，確定監(jiān)測點的穩(wěn)定狀況及其發(fā)展趨勢，并能及時做出預測預報，防止或減輕損失。 面向工程專業(yè)人員提供詳細的數據信息，能為工程各參與方及時提供各類突發(fā)應急信息， 為調度決策與指揮提供有力的技術支持和數據保障。

2.3.1 科學合理性原則

監(jiān)控目標的選取應符合相關安全規(guī)程和規(guī)定， 應有科學和法律依據；監(jiān)控手段應科學、先進，監(jiān)控成果應準確有效。 根據現場監(jiān)測點的平面形態(tài)、空間形態(tài)、地表地形、地表植被、附近居民通電情況，合理選擇設備通信方式和供電方式；根據現場的施工條件、誘發(fā)因素、變形特點、穩(wěn)定性狀況、發(fā)展趨勢、應急措施等選擇現場監(jiān)測傳感器；全方位、多手段、立體化監(jiān)測。 除了對地表變形進行監(jiān)測外，還應對施工過程中的地下深部位移、地下水位、鋼筋應力、支撐軸力進行監(jiān)測，建立立體化的監(jiān)測網；同時，還應考慮誘發(fā)因素、工程措施，采用全方位、多手段的監(jiān)測方法。 采用多因素評價模型。 根據現場布設的傳感器，建立相應模糊綜合評價模型，在考慮多因素的條件下，綜合評定監(jiān)測點的安全等級[1]。

2.3.2 擴展性和開放性原則

監(jiān)控環(huán)境發(fā)生變化時，可根據作業(yè)環(huán)境變化，增加或者刪減功能，在確保已投入的監(jiān)測設備、監(jiān)測元器件及監(jiān)測軟硬件能夠繼續(xù)使用的情況下減少重復投入；監(jiān)測系統的輸入、輸出數據信息宜采用通用的國內或國際標準數據格式， 有利于系統功能擴展和監(jiān)測成果使用的二次開發(fā)利用； 監(jiān)測系統平臺軟件可支持多種監(jiān)測設備的數據信息，便于進行數據分析、處理、匯總和支持人工巡檢、查詢、記錄。

2.3.3 先進性與實用性原則

自動化監(jiān)測系統的設計， 應首先考慮的是便捷性和實用性，便于管理和維護系統，容易掌握和學習、使用。 隨著信息化、智能化技術的飛速發(fā)展，新的設備（如各類高精尖的傳感器）不斷涌現并趨于成熟，在滿足實用性的基礎上，應盡量采用先進的傳感技術，融合網絡技術、計算機技術和地理信息系統技術使整個自動化監(jiān)測系統滿足基坑監(jiān)測的需要。

3 自動化監(jiān)測系統在基坑開挖中的應用

3.1 案例應用

以長沙市黃花機場擴建項目磁懸浮車站與機場T3 航站樓、地鐵6 號線、10 號線、S2 線黃花機場東站共同組成的換乘交通樞紐為例，對基坑重點部位建立了系統化、自動化、立體化的監(jiān)測系統， 快速及時地對各類監(jiān)測點的變化情況做出了評估，并且監(jiān)測了地表的位移、沉降變化動態(tài)，基樁的應力應變， 并對土體內部位移變化的動態(tài)和監(jiān)測點內部水位變化動態(tài)對其發(fā)展趨勢做出預測預報。 通過監(jiān)測數據反映出基坑及基坑周邊地形、地下管線及居民建筑物監(jiān)測數據變化情況，確保了基坑支護的安全穩(wěn)定，為后續(xù)的施工安全保駕護航。

3.2 監(jiān)測內容及原理

自動化監(jiān)測系統在實際應用時， 需要監(jiān)測范圍內設置變形觀測點， 可以根據工程安全影響因素分析設立不同監(jiān)測內容的觀測點。 通過高精度傳感器監(jiān)測各監(jiān)測點的數據變化量，建立監(jiān)測模型，并分析變形規(guī)律，實現數據及時反饋，安全監(jiān)測模型的建立，合理制定監(jiān)測內容、布設監(jiān)測點和確定監(jiān)測點數量是非常關鍵的基礎工作。 此自動化監(jiān)測系統可對基坑的邊坡水平位移、地表沉降、樁體、樁頂水平位移結構監(jiān)測、支撐軸力監(jiān)測、支撐立柱沉降監(jiān)測、深層水平位移、地下水位進行實時自動化監(jiān)測[2]。

3.3 數據采集與處理

3.3.1 數據采集

利用計算機技術來實現自動化采集數據的過程。 使用編程語言實現數據收集和處理。 通常按照規(guī)程規(guī)范要求設定固定采集時間、采集頻率或采集次數，當采集的數據值超出設計限定值時，可提高采集頻率，使數據能準確及時地反映監(jiān)測對象數據變化的形變過程。

3.3.2 傳輸數據方式

數據傳輸常用的通信方式有GPRS/4G/5G，以及短程無線傳輸等。 一般組網方式的選定原則為：（1）公共網絡能夠覆蓋的地區(qū)，優(yōu)先考慮選用公共網絡；（2）對于公共網絡未能覆蓋的地區(qū)，可選用超短波通信方式；（3）對于既無公共網絡，又無條件建超短波的地區(qū)，可選用衛(wèi)星通信方式；（4）對于重要監(jiān)測站點或有條件的區(qū)域，宜選用兩種不同通信方式，實現互為備份，自動切換的功能，確保信息數據傳輸的暢通。

自動化監(jiān)測系統的監(jiān)測點所處區(qū)域具備GPRS 信號時，GPRS/SMS 無線通信鏈路作為主鏈路，其余為輔助鏈路。 預警平臺宜優(yōu)先利用成熟的GPRS/4G/5G 網絡， 通過靈活地控制設備的采集規(guī)則，進行遠程操控[3]。

3.3.3 信息處理

各類監(jiān)測點數據信息傳輸在數據采集前、 后都可進行處理，信息處理分析、濾波功能有：（1）數據采集：觸發(fā)采樣，多次觸發(fā)采樣、隨機采樣，采樣數據長度和采樣時間自由設定，采樣時應實時觀察波形變化隨機采樣；（2）監(jiān)測點數據信號實時顯示；（3）數字濾波：高通，低通，帶通，帶阻濾波等；（4）頻域、時域的分析：對動態(tài)信號信息進行頻域、時域范圍的不同類型分析和不同點數的FFT 分析；（5）其他相關分析：可對各系統間信號的其他相關性進行分析。

4 監(jiān)測信息反饋及報警設置

4.1 監(jiān)測信息反饋

現場監(jiān)測數據直接上傳至云平臺， 云平臺進行數據處理分析，形成周報、月報，專業(yè)數據分析組定期編制專業(yè)分析評估報告，并上傳至云平臺，業(yè)主單位擁有云平臺數據瀏覽、下載和專業(yè)分析評估報告的瀏覽、下載權限。 預警信息第一時間以短信、郵件方式向相關負責人發(fā)送。

4.2 預測預報原則

監(jiān)測報警值是自動化監(jiān)測系統指標是否超限的一個重要標準，對于保證監(jiān)測部位結構安全極為重要，自動化監(jiān)測系統作為一個動態(tài)的管理體系，應在日常監(jiān)測過程中嚴格遵守。 當監(jiān)測數據達到或超過控制標準值時， 監(jiān)測平臺自動推送信息至管理員及業(yè)主負責人執(zhí)行預定的應急預案[4]。

4.3 預警閾值確定原則

當實測變形值達到最大變形值的60%、80%、100%時的應對控制措施參考CJJ/T 202—2013《城市軌道交通結構安全保護技術規(guī)范》表7.4.1。

當實際變形值達到最大變形值的60%時， 應向工程施工單位、監(jiān)理單位及建設單位等各方發(fā)出預警；

監(jiān)測的實際變形值達到控制指標的80%時， 應向本工程施工單位、監(jiān)理單位及建設單位等各方發(fā)出報警；

當達到監(jiān)測控制指標時，發(fā)出報警，同時執(zhí)行監(jiān)測工作的應急預案，通知各方實施應急措施。

4.4 分級預警

監(jiān)測預警級別是根據監(jiān)測現場數據信息， 通過核對、綜合分析及專家論證意見等確定，判定工程風險大小以及確定監(jiān)測預警級別，并對關鍵參數進行時時預警。 預警級別按工程風險由大到小分為四級：紅色預警、橙色預警、黃色預警、藍色預警。

根據不同級別的預警，確定不同的預警機制，采用自動化監(jiān)測系統進行實時自動監(jiān)測，根據歷史監(jiān)測數據，利用時間順序法、 歸類法、 統計法等手段對監(jiān)測數據進行實時處理和分析，在出現監(jiān)測數據明顯異常變化，超出監(jiān)測預警設定值時，系統能立即發(fā)送預警信號（短信、聲光信號），確保現場人員能接收到預警信息， 并采取有效防治措施， 避免安全事故的發(fā)生； 若監(jiān)測數據變化情況不是很明顯， 未超出監(jiān)測預警設定值，可利用監(jiān)測數據建立立體模型，分析監(jiān)測點變形與形變規(guī)律，及時研判施工對監(jiān)測目標影響的發(fā)展趨勢。

5 結語

綜上所述， 本文主要針對自動化監(jiān)測系統在長沙機場基坑支護工程開挖中的應用進行分析,給出了相應的建議，并闡述了相關思考。 首先，針對自動化監(jiān)測系統在基坑支護工程開挖中的應用必要性進行分析；然后，探討了基坑支護工程開挖各個環(huán)節(jié)自動化監(jiān)測系統的應用思路；最后，針對自動化監(jiān)測系統應用的注意事項進行總結,提出了相應的建議。 希望通過本文的論述，能對相關行業(yè)有所借鑒，并逐漸凸顯其在實際應用中的作用，保證其應用的安全性、可靠性和規(guī)范性，從而為城市的長期發(fā)展注入動力。