地鐵深基坑智能監控系統

李棟

摘要：通過深基坑智能監控系統研發和應用，有效解決傳統人工監測一些問題，實現深基坑監測智能采集、智能傳輸、智能計算、自動報警的四大功能。并對智能監測數據與人工監測數據進行對比和分析，進而驗證智能監測技術在時效、人力、精度和風險四個方面相較人工監測的巨大優勢，明確智能監測技術在深基坑施工的實用性及有效性。達到減少人力資源耗費和人工誤差、對超限數據自動預警的目的，更好的防范基坑風險，有效保障基坑安全。

Abstract： Through the development and application of the intelligent monitoring system for deep foundation pits， it effectively solves some problems of traditional manual monitoring and realizes the four functions of intelligent acquisition， intelligent transmission， intelligent calculation and automatic alarm for deep foundation pit monitoring. The intelligent monitoring data is compared with the manual monitoring data to verify the advantages of intelligent monitoring technology in terms of timeliness， manpower， precision and risk compared with manual monitoring， and the practicality and effectiveness of intelligent monitoring technology in deep foundation pit construction is clarified， to achieve the purpose of reducing human resource consumption and labor error， and automatically warning the over-limit data， better prevent the risk of foundation pit and effectively protect the foundation pit safety.

關鍵詞：智能監控;深基坑;云服務器

Key words： intelligent monitoring;deep foundation pit;cloud server

1? 深基坑智能監控系統背景

在深基坑施工中，目前國內大多采用的傳統人工監測整個過程需要監測人員攜帶測量儀器到施工現場進行人工測量記錄，然后進行內業整理監測數據，編寫監測報表，如果發現有指標超過預警值，則啟動相應的預警程序。

其中人工測量和報表的編寫工作都占用大量的人力資源，而且基坑周圍施工環境條件復雜，人工測量易受外界因素干擾，影響監測數據的精準度。監測數據需要人工進行分析對比，發生預警難以在第一時間通知相關人員，不利于風險控制。同時人工監測的監測頻率較低，監測數據是離散的、非實時的，也不便于進行分析和整理。

以上問題都說明傳統的人工監測已難以防范深基坑施工期間的基坑風險，且浪費大量的人力物力，監測質量較難保證。為解決這些問題，更好的控制基坑風險，必須對傳統人工監測模式進行跨越性的革新升級，而研發和應用智能監測技術就可以有效解決這些問題，使基坑風險的防范達到信息化、智能化的水平。

2? 深基坑智能監控系統技術措施及技術目標

2.1 技術措施

針對深基坑人工監測模式存在的效性差、精準度低、數據不連續、無法自動預警等一系列問題，最直接有效的解決辦法就是將基坑監測與“互聯網+”、云服務、大數據等信息化手段相結合。同時借鑒高鐵自動化監測技術的優點，深入研究智能實施原理、軟件邏輯架構、硬件組成、云計算等關鍵技術，并將硬件選型安裝、軟件編制和數據采集相結合，形成一套能夠在深基坑中應用的智能監測系統。該智能監測系統通過對高鐵監測技術的 24小時預警、數據精確、無人工誤差等優點的吸收和借鑒，同時結合深基坑工程的施工特點，達到有效防范風險，保障基坑安全，實現信息化監測管理的目的。

2.2 技術目標

通過研發的應用深基坑智能監測技術，預計達到以下目標：

①能夠有效解決人工監測的效性差、精準度低、數據不連續、無法自動預警等問題，實現基坑監測智能采集、智能傳輸、智能計算、自動報警的四大功能，使基坑監測達到信息化、智能化水平。

其中智能采集是通過預埋的感應元件自動對施工現場監測數據進行采集;智能傳輸是將已采集的物理信號轉換為數字信號，自動傳輸到云服務器;智能計算是通過云服務器端對接收到的數字信號進行數據解算;自動報警是通過對監測數據進行自動分析，實現超限數據的自動報警功能。

②通過智能監測數據與人工監測數據進行對比和分析，最終驗證智能監測技術在深基坑工程的實用性和有效性，真正實現深基坑監測手段的全面革新升級。

3? 深基坑智能監控系統應用原理

3.1 深基坑智能監控系統組成

深基坑智能監測技術是由三部分系統組成，第一部分就是數據采集和傳輸系統，主要由數據采集單元、監測傳感器及發射器組成。數據采集單元主要負責收集施工現場的監測數據并傳輸到監測傳感器，再由監測傳感器將已采集的物理信號轉換為數字信號，通過信號發射器發送到阿里云服務器。如圖1所示。

第二部分是在云服務器端，云服務器端對接受到的信號進行保存和數據解算，同時將數據存檔并實現自動預警。如圖2所示。

第三部分就是電腦端和手機端的軟件系統，軟件系統將在云服務器中接收到的數據通過電腦或手機進行展示，在軟件系統上我們可以實時查看監測數據和預警情況。如圖3所示。

整個監測過程工作原理簡單來說就是傳感器收集相關的數據然后在后臺解算數據，最后在電腦端和手機端的軟件系統中查看監測預警信息，通過智能監測數據的分析和自動預警來有效保證基坑安全。

3.2 明確智能監測項目

深基坑監測項目共包含圍護結構體系監測和工程周邊環境監測兩部分。其中圍護結構體系監測包括圍護結構頂部沉降、水平位移監測、圍護結構水平位移監測、支撐軸力監測、格構柱沉降監測、基坑回彈監測;工程周邊環境監測包括周邊地表沉降、建筑物水平、沉降及裂縫、傾斜監測、坑外地下水位觀測、管線監測。

通過對深基坑監測項目的分析，將監測指標中最主要的三個指標，也即潛水水位監測、墻體水平位移監測、支撐軸力監測作為自動化監測項目。通過自動化監測系統對這三個指標的監測數據的跟蹤和采集，能夠較及時的反映深基坑的安全狀態，有效防范工程風險。

3.3 施工現場智能監測點位布設

在某地鐵深基坑施工現場的3個斷面的監測點位，每個斷面分別布設了墻體水平位移監測點位、地下水位監測點位、支撐軸力監測點位。

①墻體水平位移監測點位是在測斜管內安裝了測斜儀，用來監測墻體水平位移變化。

②軸力監測點位是主要是安裝在鋼支撐上的軸力計以及安裝在混凝土支撐鋼筋上的軸力計，用來監測鋼支撐和混凝土支撐的軸力變化情況。

③坑外地下水位監測點位是在水位觀測井內安裝了水位計，用來監測坑外的地下水位變化情況。

這三個監測點位的監測數據通過監測感應元件進行收集，并通過傳輸線纜傳送至監控中心的數據采集單元，并通過監測傳感器轉換成數字信號后發送至云服務器。然后在云服務器端對數據進行解算后在電腦端和手機端進行展示。

4? 深基坑智能監控軟件設計

4.1 深基坑智能監控系統軟件概述

深基坑智能監控軟件是一套針對深基坑的智能監測系統的應用軟件。該軟件是采用云計算，通過云端對大數據進行分析，解決傳統的人工監測手段存在的信息化和自智能化程度低等問題，更好的進行防范風險，保障基坑安全。系統軟件包含3部分，分別是運營在云服務器上的服務器端軟件、運行在個人電腦上的客戶端軟件及安裝文件、運行在安卓手機客戶端軟件。軟件的組成如圖4所示。

4.2 監測系統軟件特點

①項目信息全景展示。軟件通過照片、項目介紹和GIS地圖方式使用戶對項目和施工單位情況有個全面的了解。

②多種方式查詢監測數據。軟件可以通過數據表、曲線圖、時程、斷面多種形式查詢監測歷史數據，方便用戶進行對比和分析。

③數據超限時自動預警。軟件完全按照深基坑監測規范制定預警規則，發生數據超限時第一時間以推送消息的形式發送給相關用戶，并且在軟件顯著位置上顯示預警情況，不錯過任何一個風險點。

④在線提交和查看監測報表。軟件能夠實現監測報表在線提交，用戶可通過電腦和手機在線預覽、下載或通過社交軟件分享。

⑤在線查看CAD圖紙。通過軟件可以在電腦和手機上隨時隨地查看圖紙，方便施工。

⑥人工監測數據的提交和管理。支持將人工監測數據提交到系統和智能監測數據一同進行查詢和預警，使監測項目的實施更加靈活。

4.3 電腦客戶端軟件開發成果

電腦客戶端系統軟件為一個運行在Windows操作系統上的客戶端軟件，在該客戶端軟件上共計分為項目展示、項目信息、測點概覽、監測數據、預警信息、監測報表、圖紙查看、人工數據提交、綜合管理9個模塊。

①項目展示：在項目展示界面，將展示基坑的整體概況，包括基坑的平面圖、剖面圖、測點布設斷面圖等信息。

②項目信息：項目信息模塊主要介紹監測基坑項目概況、監測等級、監測單位情況、監測項目及頻次、控制指標等內容。

③測點概覽：該模塊對基坑布設監測點位進行整體展示，同時展示每個監測指標的信息，監測點展示支持CAD圖紙上傳功能。

④監測數據：在監測數據界面可以進行監測數據的整體展示，并對監測數據進行分析處理，形成監測數據曲線圖，通過該界面可以查詢每一個監測點的監測數據，及時了解監測情況。

⑤預警信息：在預警信息界面可以查看監測預警狀態，由于該系統實現了自動預警功能，可以及時查看預警級別、預警模式、預警點位、超限時間、當前狀態、預警曲線等信息。

⑥圖紙查看：該模塊可以實現CAD圖紙監測點位的查看，通過將工程CAD設計圖紙進行上傳，方便及時查看。

⑦人工數據提交：通過該模塊對每一個監測點位的人工監測數據進行整理及提交，并顯示監測時間、提交人、測點個數、測點號、測量值等信息，便于更好的進行數據分析。

4.4 手機客戶端軟件開發成果

為方便監測人員隨時查看監測信息，研發了基于手機端的APP系統，通過手機APP下載安裝，手機客戶端是一個安卓平臺App，下載安裝后可以與電腦客戶端實現數據統一查詢和管理。更方便的隨時隨地查看系統的各項信息。

①項目信息展示。在項目信息展示界面主要介紹監測基坑項目概況、監測等級、監測單位情況、監測項目及頻次、控制指標等內容。

②測點狀態和數據查詢。在測點狀態和數據查詢界面可以展示每個監測指標的信息及實時監測數據，并形成監測數據曲線圖，及時了解監測情況。

③監測自動預警及狀態查看功能。該手機端APP可以實現預警信息手機自動推送功能，可以隨時隨地的第一時間收到自動預警信息，并在手機通知狀態欄出現通知信息。點擊預警信息就可以進入預警信息界面，可以查看監測預警狀態、預警級別、預警模式、預警點位、超限時間等信息。如圖5所示。

④監測數據在線查看和分享功能。通過手機端APP可以實現監測數據的實時分享，可以通過微信、騰訊QQ、電子郵箱、短信的形式進行數據的實時分享，保證管理人員都能夠在第一時間掌握施工現場的監測狀態。達到24小時無空隙的掌握基坑安全狀態。如圖6所示。

5? 結論

①深基坑智能化監測技術能夠實現智能采集、智能傳輸、智能計算、智能報警四大功能，實現了基坑監測從人工到智能的跨越，使基坑監測達到信息化、智能化水平。②通過將智能化監測數據與人工監測數據進行對比和分析，智能化監測數據與人工監測數據相吻合，采用智能化監測技術能夠及時有效的對各項監測指標進行自動監測，明確了智能化監測技術在深基坑工程的實用性和有效性。③通過對墻體深層水平位移、地下水位、支撐軸力3個監測指標的智能化監測數據曲線進行分析，監測數據成果能夠與深基坑開挖施工工況對監測指標的影響規律保持一致，能夠真實準確的反映基坑安全狀態，更好的進行基坑風險的防范。

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