基坑施工信息化監測系統發展趨勢初探

馬鐵威

0 引言

隨著國民經濟的飛速發展,國內深基坑工程的數量在不斷的增多,隨之而來的各種工程問題也在不斷涌現。由于深基坑監測理論和措施的發展滯后,以及施工單位監測理念的缺失,導致了國內深基坑工程事故的頻頻發生。其中,由于基坑施工的信息化技術不足等因素,造成的事故在深基坑工程事故總數中占很大比重[1-3]。自20世紀90年代,國內開始出現基坑施工信息化監測系統,由于計算機技術的落后以及國內基坑理論研究的不足,沒有得到充分的發展。21世紀初,隨著各種監測技術和軟件系統的發展,基坑監測系統有了飛速的發展,在大多數的基坑工程中,監測技術已經開始發揮重要的指導作用。隨著科學技術的發展,尤其是信息技術的發展,基坑監測技術將為基坑工程施工帶來更大的指導作用。

1 國內基坑監測系統的發展概況

1.1 數據采集系統

國內大多數的基坑監測系統能夠實現監測數據的實時采集和海量存儲。劉國斌等[4]設計了一套集成自動監測設備、自動采集設備、數據查詢分析平臺的基坑施工自動監測系統。該系統實現了數據的自動監測,網絡化傳輸,遠程監控等功能,在一定程度上實現了數據的自動化采集。伍毅敏等[5]借鑒激光準直測量原理,研發了基坑位移實時監測系統。王婷婷[6]使用VC++語言平臺,集成多種數據采集傳感器和數據傳輸設備,開發了一套基坑數據自動化采集系統。該系統能夠實時采集、傳輸、處理、分析及顯示監測數據。王華強等[7]使用外國某公司生產的一體化控制器(OCS),實現了對地鐵施工安全監測傳感器數據的采集和監控。該系統具有強大的采集功能,邏輯運算和控制功能以及超強的網絡通訊能力,能夠實現數據的自動化采集和網絡化傳輸等。徐洪鐘等[8]結合光纖光柵傳感器在基坑工程監測工程中的應用,研發了一套基于虛擬儀器技術的光纖光柵監測系統。該系統能夠進行數據實時、高精度采集以及遠距離傳輸等?；庸こ痰暮Ａ繑祿杉痛鎯υ谛畔⒒┕ぶ惺欠浅Ｖ匾?但是有相當一部分系統在分析處理數據時采用的還是人工手段,采集數據的目的還僅限于數據查找等。

1.2 數據管理系統

數據管理系統是數據采集系統在管理上的延伸,能夠將采集到的數據進行高效組織和管理,從數據中發現規律并總結趨勢,從而預防基坑變形的延續,在基坑施工過程中發揮著重要的指導作用。鐘正雄等[9]使用FoxPro3.0語言編寫了一套基坑數據庫管理系統。謝偉等[10]提出了基于Web方式的深基坑監測信息化解決方案,即集成數據庫存儲和Web傳輸和共享的數據管理系統。用戶可以及時、準確獲取監測信息,同時系統還可以為基坑動態設計提供數據參考。廖益民[11]在廣州市地鐵五號線與六號線換乘站大坦沙站基坑的施工監測過程中,使用了結合MIS和GIS的監測數據管理系統。該系統實現了海量數據錄入和分析處理,日志記錄修改,測量數據查詢,曲線生成和時間趨勢分析,空間查詢等功能。吳振軍等[12]基于GIS系統的空間建模功能,開發了分布式基坑信息管理與預警系統。系統采用C/S結構實現多用戶信息共享與協同作業,在網絡環境下可以實現實時同步監控。上海某公司針對基坑工程施工監測,利用數據庫與互聯網技術開發了一套基坑監測管理系統。鄭加柱等[14]基于Visual Basic語言,運用ADO,Active及Automation技術,集成Access,Excel,Surfer,開發出了基坑監測數據管理及建模系統,實現了數據動態管理、分析、查詢及三維顯示功能。

1.3 數據分析系統

隨著基坑工程施工信息化的深入,很多系統已經能夠實現基本的數據分析。尤其是計算機高級語言的使用,使得數據分析成為基坑監測系統發展的方向,現階段國內很多監測系統已經將數據分析、處理作為系統開發的主題,很多監測系統已經能夠實現數據的智能分析及處理。張有良等[15]基于C++語言開發了一套面向對象的深基坑工程監測模擬系統。該系統具有數據智能分析及遠程傳輸、圖形可視化操作及實時報警等功能。胡友健等[16]基于Visual Basic語言平臺,開發了一套基坑監測數據處理與預測報警系統,該系統實現了數據的高效管理、智能分析及災害預警功能。張銀虎等[17]結合多年工程實踐經驗,設計了一套基坑施工變形監測數據處理系統。該系統實現了數據管理工程化、數據處理集成化、數據查詢與分析可視化。數據挖掘和數據分析是信息化施工的出發點而不是終點,數據挖掘應當為施工服務,為工程建設提供必要的指導作用,從而從技術上減少基坑事故的發生。

2 未來基坑監測系統的發展趨勢

隨著國內科學技術的發展,尤其是計算機技術的發展,未來的監測系統將向自動化、智能化的方向發展。潘有林[18]提出了監測管理系統的具體實施步驟,包括監測點的設置,支護形式的模擬和參數的反演,圖表系統的可視化,災害救護,智能化控制等。賀志勇等[19]結合城市地區地鐵深基坑的施工監測,運用多種分析軟件對基坑變形的實測數據進行了反分析預測,提出了不同設計分析軟件分析方法的可行性及其不足,初步探討了基坑監測系統的組成及工礦信息交流平臺的構建理念。賀志勇認為,未來的監測系統平臺應該實現“安全監測→快速反饋→施工控制→在線管理”的有效循環。開發基坑監測信息管理、預測系統軟件,構建基坑施工工況信息共享平臺,將成為深基坑監測技術發展和信息化施工的必經之路。

在國外,Claus Ludwig等[20]使用無線測斜儀監測系統對Reno ReTRAC地區的鐵路基坑施工現場的重要建筑進行實時監測,Rick Wilkins等[21]使用由監測機器人和一系列的傳感器組成的自動監控系統,對某礦山深基坑的高邊坡進行了監測。該系統能夠進行數據自動、實時及無線采集,并根據邊坡位移變化速率和邊坡位移變化閥值進行預警等。Y.M.A.Hashash等利用激光掃描建模系統對基坑工程施工現場進行掃描建模,實現了自動化建模、圖形圖像處理及模型渲染等功能[22,23]。該系統能夠實現施工現場的實時監控,自動掃描,空間成像等。Debra F.Laefer等[24]通過介紹三維激光掃描技術(3DLS),概括了激光掃描成像技術發展的趨勢和障礙,介紹了激光掃描技術過程中數據采集、數據轉換及數據挖掘等技術。并提出了將掃描來的三維點陣轉換成有限元網格模型的方法,該方法能夠將三維激光掃描技術與主流的有限元分析方法相結合,從而實現了自動數據采集、實時數據分析、數值分析預測等。

總之,未來的監測系統應當能夠實現:集成和無線化的數據采集、自動和網絡化的數據傳輸、智能和數值化的數據分析、可視和實時化的現場監控等,這是基坑工程監測技術發展的趨勢,是施工信息化建設的必然結果。

3 結語

隨著科學技術的發展,我國基坑工程的施工監測技術將有更大的發展空間。監測技術的進一步發展將在更大程度上減少基坑事故的發生,從而增加施工人員的安全保障。

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