基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐彥鋒

【摘要】本章主要介紹預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)、架構(gòu)、功能實(shí)現(xiàn)等內(nèi)容，并就具體工程展示預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)警，管理

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總目標(biāo)

本系統(tǒng)建設(shè)的總目標(biāo)是借助物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)字建模等信息技術(shù)，建設(shè)一個(gè)覆蓋范圍較廣泛的基坑安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。該預(yù)警系統(tǒng)將對(duì)所應(yīng)用工程的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物、管線位移等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并將監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警和報(bào)警，及時(shí)以短信的形式將報(bào)警結(jié)果發(fā)給相關(guān)建設(shè)方、安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)和建設(shè)行政主管部門(mén)，并追蹤有關(guān)監(jiān)測(cè)報(bào)警處理情況，使監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋更具時(shí)效性，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施，提高險(xiǎn)情處理的效率，真正達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)。

預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)完成后，將大幅度提高地下工程和深基坑安全質(zhì)量管理工作的效率和力度，從而實(shí)現(xiàn)安全質(zhì)量管理從被動(dòng)監(jiān)控向主動(dòng)監(jiān)控、事后處理向事前預(yù)防的雙轉(zhuǎn)變，確保各責(zé)任主體（包括建設(shè)單位、承建單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位等）的安全質(zhì)量行為切實(shí)可控，在地下工程和深基坑工程建設(shè)領(lǐng)域真正實(shí)現(xiàn)工程安全質(zhì)量齊抓共管的局面。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的架構(gòu)旨在為目標(biāo)和功能技術(shù)之間搭建起一座橋梁，好的架構(gòu)可以有效的實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)的各項(xiàng)要求。根據(jù)本系統(tǒng)的總體目標(biāo)要求，本系統(tǒng)的架構(gòu)主要包含有：機(jī)構(gòu)管理、監(jiān)測(cè)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、監(jiān)督管理、系統(tǒng)管理五個(gè)功能模塊和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集客戶端。

（1）機(jī)構(gòu)管理：監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行各自的機(jī)構(gòu)信息、人員信息、設(shè)備信息登記；登記完成后，主管部門(mén)對(duì)各機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)信息、人員信息、設(shè)備信息查詢及行為管理，行為管理包括在線查詢、實(shí)時(shí)報(bào)警查詢、采集異常查詢、設(shè)備超期查詢與設(shè)備超期預(yù)警功能。

（2）監(jiān)測(cè)管理：監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)監(jiān)測(cè)的工程信息進(jìn)行工程項(xiàng)目登記，包括監(jiān)測(cè)方案上傳、測(cè)點(diǎn)信息登記；巡檢記錄登記、簡(jiǎn)報(bào)登記；基坑地理位置查詢、原始數(shù)據(jù)查詢；工程報(bào)警及報(bào)警短信發(fā)送。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控：主管部門(mén)監(jiān)控整體的基坑現(xiàn)行情況，可按安監(jiān)站、監(jiān)測(cè)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(cè)情況及處理情況。

（4）監(jiān)督管理：實(shí)現(xiàn)報(bào)警未處理、報(bào)警處理中、報(bào)告已處理三個(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(cè)情況。

（5）系統(tǒng)管理：實(shí)現(xiàn)各用戶體系的人員管理、權(quán)限管理等內(nèi)容，包括監(jiān)測(cè)項(xiàng)目配置管理、短信發(fā)送配置管理和常用下載。

（6）自動(dòng)采集：監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)格式及端口傳輸模式的轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)抓取。

3 系統(tǒng)流程

本系統(tǒng)以工程安全管理為主線，由監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)登記工程，通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和上傳，系統(tǒng)對(duì)上傳的原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型和回歸分析、差異分析等數(shù)理方法對(duì)采集的各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化建模分析，形成各類變化曲線圖形，分析工程所處的安全狀態(tài)。根據(jù)報(bào)警功能，對(duì)問(wèn)題工程進(jìn)行追蹤處理，落實(shí)建設(shè)各方及監(jiān)管部門(mén)的工作責(zé)任。具體業(yè)務(wù)流程如下圖：

圖2 系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程圖

4 系統(tǒng)的主要功能

基于系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)、架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程，該系統(tǒng)所具備的主要功能如下：

表1 預(yù)警系統(tǒng)各業(yè)務(wù)功能模塊

業(yè)務(wù)功能模塊 功能描述

監(jiān)測(cè)平臺(tái) 監(jiān)測(cè)管理 1） 工程項(xiàng)目管理：工程概況、工程地理位置、監(jiān)測(cè)方案；

2） 監(jiān)測(cè)儀器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)端口改造；

3） 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，實(shí)時(shí)傳輸；

4） 巡檢記錄填報(bào)、上傳現(xiàn)場(chǎng)照片；

數(shù)據(jù)分析 1） 對(duì)自動(dòng)上傳的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

2） 自動(dòng)生成變化曲線和各種圖表；

實(shí)時(shí)監(jiān)控 1） 對(duì)在建工程的實(shí)時(shí)監(jiān)督和控制；

2） 隨時(shí)抽查轄區(qū)內(nèi)工程的實(shí)時(shí)狀況；

3） 隨時(shí)抽查轄區(qū)內(nèi)巡檢記錄，實(shí)時(shí)掌握工程施工進(jìn)度；

報(bào)警平臺(tái) 1） 超出規(guī)范值的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，確定報(bào)警級(jí)別；

2） 依據(jù)報(bào)警的級(jí)別，自動(dòng)匹配實(shí)時(shí)發(fā)送報(bào)警手機(jī)短信；

3） 自動(dòng)彈出報(bào)警工程名稱及具體地理位置，實(shí)時(shí)記錄在案；

問(wèn)題追蹤平臺(tái) 1） 記錄工程及報(bào)警問(wèn)題；

2） 報(bào)警問(wèn)題整改方案及落實(shí)措施；

3） 報(bào)警問(wèn)題的追蹤處理；

4） 報(bào)警問(wèn)題處理完結(jié)，解除警報(bào)；

行政監(jiān)管平臺(tái) 1） 監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的行為管理；

2） 監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的能力和資質(zhì)管理；

3） 監(jiān)督各方責(zé)任主體的安全質(zhì)量行為；

系統(tǒng)管理平臺(tái) 1） 安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)管理：監(jiān)督員管理、權(quán)限管理；

2） 監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)管理：人員管理、設(shè)備管理；

3） 系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)備份、權(quán)限分配。

5 預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用工程實(shí)例

2013年4月，廣州市城鄉(xiāng)建委發(fā)布《關(guān)于啟用地下工程及深基坑安全監(jiān)測(cè)信息管理系統(tǒng)的通知》（穗建質(zhì)[2013]601號(hào)）”文件。截止到目前為止，全廣州市446個(gè)基坑工程納入該系統(tǒng)管理，全市30余家建設(shè)主管部門(mén)和安全監(jiān)督機(jī)構(gòu)、51家安全監(jiān)測(cè)單位正在使用。

5.1 工程概況

擬建環(huán)球大廈項(xiàng)目位于廣州市越秀區(qū)德政南路西側(cè)，主體結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，主樓地上28層，地下4層（地下室埋深14.55m），建筑總高度99.60m。建筑基坑周長(zhǎng)約270m，占地面積5098.5㎡，開(kāi)挖深度15.25m，采用地下連續(xù)墻+三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐支護(hù)形式外加高壓旋噴樁止水。本基坑附近建筑物有幼兒園，多數(shù)為住宅民房，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。

5. 2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：基坑頂部水平位移、基坑頂部沉降、支撐軸力、深層水平位移；

基坑周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：地下水位、周邊建筑物沉降。

5.3 基坑預(yù)警情況

該工程于2013年3月初開(kāi)始挖土施工，系統(tǒng)于7月8日2次自動(dòng)發(fā)出報(bào)警短信，如下：

【廣州城建】監(jiān)測(cè)報(bào)警通知：2013-07-8 15：00：10貿(mào)易大樓（環(huán)球大廈）后續(xù)工程/支撐軸力ZC5監(jiān)測(cè)點(diǎn)支撐軸力為7888kN，超過(guò)控制值（6230kN），請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)予以確認(rèn)并處理，預(yù)防事故發(fā)生。

【廣州城建】監(jiān)測(cè)報(bào)警通知：2013-07-8 17：47：12貿(mào)易大樓（環(huán)球大廈）后續(xù)工程/支撐軸力ZC5監(jiān)測(cè)點(diǎn)支撐軸力為8032kN，超過(guò)控制值（6230kN），請(qǐng)現(xiàn)場(chǎng)予以確認(rèn)并處理，預(yù)防事故發(fā)生。

圖3 報(bào)警部位示意圖

5.4 報(bào)警原因分析及事故處理

（1）巡檢圖片

a.支撐梁上堆載 b.支撐梁貫通裂縫解剖

圖4 現(xiàn)場(chǎng)巡檢記錄圖片

（2）報(bào)警原因分析

7月9日，政府主管部門(mén)、相關(guān)專家及有關(guān)單位趕赴現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)本次事故原因達(dá)成以下共識(shí)：

a.首層支撐的腰梁未能閉合，使本來(lái)受平面應(yīng)力的基坑側(cè)壁的受力狀況變得復(fù)雜化；

b.基坑場(chǎng)地受限，基坑邊堆載大量鋼管、木方等施工材料。

c.因場(chǎng)地狹小原因，施工單位預(yù)留基坑中部作為出土平臺(tái)，致使ZC5旁邊的兩道支撐未能及時(shí)澆筑，ZC5幾乎承擔(dān)了近40米長(zhǎng)度范圍的側(cè)向壓力。

d.施工單位為打開(kāi)出土車進(jìn)出通道， ZC5下對(duì)應(yīng)位置的支撐未能及時(shí)澆筑，超挖近3米。

e.報(bào)警期間正值廣州雨季，開(kāi)挖深度處土體為松軟的粉土，經(jīng)雨水浸泡土體強(qiáng)度大幅下降，致使開(kāi)挖面以下基坑內(nèi)的土體抵抗變形的能力進(jìn)一步減弱，加大了ZC5的受荷。

（3）報(bào)警事故處理

經(jīng)與會(huì)專家討論、設(shè)計(jì)單位復(fù)核并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)情況，本次報(bào)警需采取的處理措施如下：

a.加快澆筑完成第一道支撐系統(tǒng)的閉合工作，使該支撐系統(tǒng)形成完整的受力體系。

b.嚴(yán)格按照?qǐng)?bào)審的施工方案施工，嚴(yán)禁搶挖、超挖現(xiàn)象。

c.現(xiàn)場(chǎng)基坑內(nèi)土體回填反壓，并壓實(shí)。

d.施工單位做好應(yīng)急救援準(zhǔn)備，現(xiàn)場(chǎng)備設(shè)鋼支撐及相應(yīng)應(yīng)急人員。

e.業(yè)主重新組織施工單位搭建臨時(shí)施工平臺(tái)，解決出土通道問(wèn)題，不能以開(kāi)辟出土通道來(lái)犧牲支撐的及時(shí)澆筑。

f.監(jiān)測(cè)單位加大監(jiān)測(cè)頻率，直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面的不足，從監(jiān)測(cè)技術(shù)和管理手段兩方面著手改進(jìn)，通過(guò)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集客戶端作為輔助程序，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集并直接傳輸至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、分析，保證了采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性；通過(guò)創(chuàng)新一系列管理方法和手段，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息的高速傳遞，使基坑安全監(jiān)測(cè)監(jiān)管行為由過(guò)去的被動(dòng)監(jiān)管向主動(dòng)監(jiān)管，事后處理向事前預(yù)防和過(guò)程控制的雙轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1]張冬曉.建筑基坑監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2005

[2]任麗芳，穆蘭，杜玉林.深基坑工程安全監(jiān)測(cè)和信息化監(jiān)控[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，5（2）：P10-P14

[3]胡友健，李梅，賴祖龍等.深基坑工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，20（2）：P130-P135

[4]張建文.基坑工程遠(yuǎn)程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].中華民居，2012，11：P335-P336

[5]賀勇，姜晨光，崔專.基坑工程表現(xiàn)監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警問(wèn)題的研究[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2003，44：29-33