建筑物沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)與回歸分析方法 在數(shù)據(jù)處理用的應(yīng)用

王 釗 栗衍香

（1濱州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院， 山東 濱州 256600；2濱州市規(guī)劃局， 山東 濱州 256600）

高層建筑物作為提升容積率、提高土地利用效率的重要方式，在現(xiàn)代城市規(guī)劃建筑中不斷涌現(xiàn)，然而高層建筑在施工建設(shè)和竣工使用過(guò)程中，必須對(duì)建筑物布設(shè)一定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，周期性的采集點(diǎn)位的高程信息，通過(guò)對(duì)信息的統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)防不均勻沉降等可能引起建筑物主體結(jié)構(gòu)破壞的不良情況，為施工單位及時(shí)提供詳實(shí)信息。

1 回歸分析理論

回歸分析，基于觀測(cè)數(shù)據(jù)建立變量之間恰當(dāng)?shù)囊蕾囮P(guān)系，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，對(duì)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，確定因變量和自變量（沉降量與影響因子）間的關(guān)系，建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。通常采用線性回歸分析方法，尋求一個(gè)因變量相對(duì)于一個(gè)自變量間的因果關(guān)系，稱為一元線性回歸分析。

2 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)施程序與步驟

2.1 沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)與觀測(cè)路線確定

沉降監(jiān)測(cè)涉及的點(diǎn)位分為沉降監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)，小范圍內(nèi)工作基點(diǎn)可兼做基準(zhǔn)點(diǎn)使用，點(diǎn)位至少3個(gè)，環(huán)形閉合布設(shè)在遠(yuǎn)離沉降區(qū)的穩(wěn)固處，并定期進(jìn)行閉合水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)；監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)按照預(yù)先設(shè)定的高程控制網(wǎng)，預(yù)埋或后植在監(jiān)測(cè)對(duì)象的主要拐點(diǎn)、沉降縫兩側(cè)和軸線交匯點(diǎn)等位置，周期性觀測(cè)時(shí)均應(yīng)基本按照同一路線進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。

2.2 沉降監(jiān)測(cè)實(shí)施步驟

基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量與穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

沉降監(jiān)測(cè)實(shí)施工期內(nèi)，需要對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)定期進(jìn)行閉合環(huán)路水準(zhǔn)測(cè)量，按JGJ8-2007《建筑變形測(cè)量規(guī)范》所規(guī)定的二級(jí)觀測(cè)方案的精度要求，測(cè)量采用美國(guó)產(chǎn) Trimble Dini03自動(dòng)安平精密電子水準(zhǔn)儀配以LD-2型條形碼銦鋼水準(zhǔn)尺，經(jīng)多次高程基準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)成果表明，該基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)網(wǎng)穩(wěn)定可靠。

基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)量與穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

依照編寫的技術(shù)設(shè)計(jì)方案及高層建筑物的設(shè)計(jì)特征，本工程共在1-4#樓體各布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn) 6個(gè)，分別置于建筑物四角及構(gòu)建物中間部位，布點(diǎn)高度均為標(biāo)準(zhǔn)F1層±0之上0.3米處。

測(cè)量頻率為：主體施工期間自第2層起，每2層觀測(cè)1次；主體結(jié)構(gòu)施工完成后裝飾施工期，預(yù)計(jì)裝修期半年左右，按沉降速率隨時(shí)間的遞減規(guī)律，分別在施工完成后的第1月、第3月、第5月各觀測(cè)；竣工交付使用后每半年觀測(cè)一次，直至樓體穩(wěn)定終止，即最后幾期所測(cè)各點(diǎn)的沉降速率均應(yīng)小于說(shuō)明基礎(chǔ)沉降已趨于穩(wěn)定。因故停工和復(fù)工前加測(cè)一次，停工期間每2月觀測(cè)1次；根據(jù)觀測(cè)資料情況，當(dāng)沉降速率大于2mm/d時(shí)，采取措施，增加觀測(cè)次數(shù)，并及時(shí)報(bào)甲方、監(jiān)理單位。

3 沉降數(shù)據(jù)回歸分析與模型檢驗(yàn)

3.1 沉降數(shù)據(jù)建模分析

本文選取2#樓 N5點(diǎn)各監(jiān)測(cè)時(shí)刻相對(duì)于前期高程值的單期沉降量（非累積沉降量），作為樣本原始序列，分別用一元線性回歸和多項(xiàng)式回歸兩種模型進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析，原始數(shù)據(jù)和兩種模型的預(yù)測(cè)結(jié)果如表1所示：

表1 回歸分析模型預(yù)測(cè)對(duì)照表

利用 MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)建模運(yùn)算，求得線性回歸模型參數(shù)：一元線性回歸方程為:利用該方程進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，可求得各期數(shù)據(jù)的估值；采用多項(xiàng)式回歸模型求得參數(shù)：得到多項(xiàng)式回歸方程為，利用該方程進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，可求得各期數(shù)據(jù)的估值。

3.2 回歸模型檢驗(yàn)

表2 回歸分析模型評(píng)價(jià)表

通過(guò)表2模型精度評(píng)價(jià)和圖1雙回歸模型的擬合效果對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，兩種回歸模型均能在建模數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，完好的反應(yīng)數(shù)據(jù)的變化情況。但從偏差平方和（SSE）、均方根擬合標(biāo)準(zhǔn)差（RMSE）方面看，多項(xiàng)式回歸效果明顯優(yōu)于一元線性回歸分析，同時(shí)對(duì)于后期數(shù)據(jù)的擬合契合度更好，比一元線性回歸更符合建筑物的變形規(guī)律。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)建筑物沉降監(jiān)測(cè)的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分別采用一元線性回歸和多項(xiàng)式回歸進(jìn)行建模分析，為建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理提供了一定的參考。由于實(shí)際工作中，建筑物沉降影響因素較多，沉降變化多呈現(xiàn)非線性的情況，此時(shí)可通過(guò)引入指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等方式進(jìn)行變量代換，將其先化為線性回歸模型，再進(jìn)行建模分析；同時(shí)在少樣本、貧數(shù)據(jù)的情況下，也可引入灰色系統(tǒng)模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論，對(duì)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，并通過(guò)及時(shí)更替建模數(shù)據(jù)，從而獲得最佳預(yù)測(cè)效果。