基坑施工信息化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)初探

馬鐵威

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,國(guó)內(nèi)深基坑工程的數(shù)量在不斷的增多,隨之而來(lái)的各種工程問(wèn)題也在不斷涌現(xiàn)。由于深基坑監(jiān)測(cè)理論和措施的發(fā)展滯后,以及施工單位監(jiān)測(cè)理念的缺失,導(dǎo)致了國(guó)內(nèi)深基坑工程事故的頻頻發(fā)生。其中,由于基坑施工的信息化技術(shù)不足等因素,造成的事故在深基坑工程事故總數(shù)中占很大比重[1-3]。自20世紀(jì)90年代,國(guó)內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)基坑施工信息化監(jiān)測(cè)系統(tǒng),由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的落后以及國(guó)內(nèi)基坑理論研究的不足,沒(méi)有得到充分的發(fā)展。21世紀(jì)初,隨著各種監(jiān)測(cè)技術(shù)和軟件系統(tǒng)的發(fā)展,基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展,在大多數(shù)的基坑工程中,監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮重要的指導(dǎo)作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是信息技術(shù)的發(fā)展,基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)將為基坑工程施工帶來(lái)更大的指導(dǎo)作用。

1 國(guó)內(nèi)基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展概況

1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)大多數(shù)的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和海量存儲(chǔ)。劉國(guó)斌等[4]設(shè)計(jì)了一套集成自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、自動(dòng)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)查詢分析平臺(tái)的基坑施工自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè),網(wǎng)絡(luò)化傳輸,遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集。伍毅敏等[5]借鑒激光準(zhǔn)直測(cè)量原理,研發(fā)了基坑位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。王婷婷[6]使用VC++語(yǔ)言平臺(tái),集成多種數(shù)據(jù)采集傳感器和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備,開(kāi)發(fā)了一套基坑數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集、傳輸、處理、分析及顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。王華強(qiáng)等[7]使用外國(guó)某公司生產(chǎn)的一體化控制器(OCS),實(shí)現(xiàn)了對(duì)地鐵施工安全監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的采集功能,邏輯運(yùn)算和控制功能以及超強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集和網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)?。徐洪鐘等[8]結(jié)合光纖光柵傳感器在基坑工程監(jiān)測(cè)工程中的應(yīng)用,研發(fā)了一套基于虛擬儀器技術(shù)的光纖光柵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、高精度采集以及遠(yuǎn)距離傳輸?shù)??；庸こ痰暮Ａ繑?shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)在信息化施工中是非常重要的,但是有相當(dāng)一部分系統(tǒng)在分析處理數(shù)據(jù)時(shí)采用的還是人工手段,采集數(shù)據(jù)的目的還僅限于數(shù)據(jù)查找等。

1.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在管理上的延伸,能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行高效組織和管理,從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律并總結(jié)趨勢(shì),從而預(yù)防基坑變形的延續(xù),在基坑施工過(guò)程中發(fā)揮著重要的指導(dǎo)作用。鐘正雄等[9]使用FoxPro3.0語(yǔ)言編寫(xiě)了一套基坑數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。謝偉等[10]提出了基于Web方式的深基坑監(jiān)測(cè)信息化解決方案,即集成數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和Web傳輸和共享的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。用戶可以及時(shí)、準(zhǔn)確獲取監(jiān)測(cè)信息,同時(shí)系統(tǒng)還可以為基坑動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。廖益民[11]在廣州市地鐵五號(hào)線與六號(hào)線換乘站大坦沙站基坑的施工監(jiān)測(cè)過(guò)程中,使用了結(jié)合MIS和GIS的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)錄入和分析處理,日志記錄修改,測(cè)量數(shù)據(jù)查詢,曲線生成和時(shí)間趨勢(shì)分析,空間查詢等功能。吳振軍等[12]基于GIS系統(tǒng)的空間建模功能,開(kāi)發(fā)了分布式基坑信息管理與預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多用戶信息共享與協(xié)同作業(yè),在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步監(jiān)控。上海某公司針對(duì)基坑工程施工監(jiān)測(cè),利用數(shù)據(jù)庫(kù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套基坑監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。鄭加柱等[14]基于Visual Basic語(yǔ)言,運(yùn)用ADO,Active及Automation技術(shù),集成Access,Excel,Surfer,開(kāi)發(fā)出了基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理及建模系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理、分析、查詢及三維顯示功能。

1.3 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

隨著基坑工程施工信息化的深入,很多系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)基本的數(shù)據(jù)分析。尤其是計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言的使用,使得數(shù)據(jù)分析成為基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的方向,現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)很多監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)將數(shù)據(jù)分析、處理作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主題,很多監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的智能分析及處理。張有良等[15]基于C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一套面向?qū)ο蟮纳罨庸こ瘫O(jiān)測(cè)模擬系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)智能分析及遠(yuǎn)程傳輸、圖形可視化操作及實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。胡友健等[16]基于Visual Basic語(yǔ)言平臺(tái),開(kāi)發(fā)了一套基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)報(bào)警系統(tǒng),該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效管理、智能分析及災(zāi)害預(yù)警功能。張銀虎等[17]結(jié)合多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)了一套基坑施工變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理工程化、數(shù)據(jù)處理集成化、數(shù)據(jù)查詢與分析可視化。數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析是信息化施工的出發(fā)點(diǎn)而不是終點(diǎn),數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)當(dāng)為施工服務(wù),為工程建設(shè)提供必要的指導(dǎo)作用,從而從技術(shù)上減少基坑事故的發(fā)生。

2 未來(lái)基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)內(nèi)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,未來(lái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。潘有林[18]提出了監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的具體實(shí)施步驟,包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置,支護(hù)形式的模擬和參數(shù)的反演,圖表系統(tǒng)的可視化,災(zāi)害救護(hù),智能化控制等。賀志勇等[19]結(jié)合城市地區(qū)地鐵深基坑的施工監(jiān)測(cè),運(yùn)用多種分析軟件對(duì)基坑變形的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了反分析預(yù)測(cè),提出了不同設(shè)計(jì)分析軟件分析方法的可行性及其不足,初步探討了基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及工礦信息交流平臺(tái)的構(gòu)建理念。賀志勇認(rèn)為,未來(lái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)“安全監(jiān)測(cè)→快速反饋→施工控制→在線管理”的有效循環(huán)。開(kāi)發(fā)基坑監(jiān)測(cè)信息管理、預(yù)測(cè)系統(tǒng)軟件,構(gòu)建基坑施工工況信息共享平臺(tái),將成為深基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展和信息化施工的必經(jīng)之路。

在國(guó)外,Claus Ludwig等[20]使用無(wú)線測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)Reno ReTRAC地區(qū)的鐵路基坑施工現(xiàn)場(chǎng)的重要建筑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),Rick Wilkins等[21]使用由監(jiān)測(cè)機(jī)器人和一系列的傳感器組成的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),對(duì)某礦山深基坑的高邊坡進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)、實(shí)時(shí)及無(wú)線采集,并根據(jù)邊坡位移變化速率和邊坡位移變化閥值進(jìn)行預(yù)警等。Y.M.A.Hashash等利用激光掃描建模系統(tǒng)對(duì)基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行掃描建模,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化建模、圖形圖像處理及模型渲染等功能[22,23]。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,自動(dòng)掃描,空間成像等。Debra F.Laefer等[24]通過(guò)介紹三維激光掃描技術(shù)(3DLS),概括了激光掃描成像技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和障礙,介紹了激光掃描技術(shù)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)。并提出了將掃描來(lái)的三維點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換成有限元網(wǎng)格模型的方法,該方法能夠?qū)⑷S激光掃描技術(shù)與主流的有限元分析方法相結(jié)合,從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析、數(shù)值分析預(yù)測(cè)等。

總之,未來(lái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn):集成和無(wú)線化的數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)傳輸、智能和數(shù)值化的數(shù)據(jù)分析、可視和實(shí)時(shí)化的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等,這是基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì),是施工信息化建設(shè)的必然結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,我國(guó)基坑工程的施工監(jiān)測(cè)技術(shù)將有更大的發(fā)展空間。監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將在更大程度上減少基坑事故的發(fā)生,從而增加施工人員的安全保障。

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