地鐵深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)

李棟

摘要：通過深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)和應(yīng)用，有效解決傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)一些問題，實(shí)現(xiàn)深基坑監(jiān)測(cè)智能采集、智能傳輸、智能計(jì)算、自動(dòng)報(bào)警的四大功能。并對(duì)智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，進(jìn)而驗(yàn)證智能監(jiān)測(cè)技術(shù)在時(shí)效、人力、精度和風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)方面相較人工監(jiān)測(cè)的巨大優(yōu)勢(shì)，明確智能監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑施工的實(shí)用性及有效性。達(dá)到減少人力資源耗費(fèi)和人工誤差、對(duì)超限數(shù)據(jù)自動(dòng)預(yù)警的目的，更好的防范基坑風(fēng)險(xiǎn)，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(guān)鍵詞：智能監(jiān)控;深基坑;云服務(wù)器

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

1? 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)背景

在深基坑施工中，目前國(guó)內(nèi)大多采用的傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)整個(gè)過程需要監(jiān)測(cè)人員攜帶測(cè)量?jī)x器到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工測(cè)量記錄，然后進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，編寫監(jiān)測(cè)報(bào)表，如果發(fā)現(xiàn)有指標(biāo)超過預(yù)警值，則啟動(dòng)相應(yīng)的預(yù)警程序。

其中人工測(cè)量和報(bào)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(huán)境條件復(fù)雜，人工測(cè)量易受外界因素干擾，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需要人工進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)生預(yù)警難以在第一時(shí)間通知相關(guān)人員，不利于風(fēng)險(xiǎn)控制。同時(shí)人工監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)頻率較低，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是離散的、非實(shí)時(shí)的，也不便于進(jìn)行分析和整理。

以上問題都說明傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)已難以防范深基坑施工期間的基坑風(fēng)險(xiǎn)，且浪費(fèi)大量的人力物力，監(jiān)測(cè)質(zhì)量較難保證。為解決這些問題，更好的控制基坑風(fēng)險(xiǎn)，必須對(duì)傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)模式進(jìn)行跨越性的革新升級(jí)，而研發(fā)和應(yīng)用智能監(jiān)測(cè)技術(shù)就可以有效解決這些問題，使基坑風(fēng)險(xiǎn)的防范達(dá)到信息化、智能化的水平。

2? 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)措施及技術(shù)目標(biāo)

2.1 技術(shù)措施

針對(duì)深基坑人工監(jiān)測(cè)模式存在的效性差、精準(zhǔn)度低、數(shù)據(jù)不連續(xù)、無法自動(dòng)預(yù)警等一系列問題，最直接有效的解決辦法就是將基坑監(jiān)測(cè)與“互聯(lián)網(wǎng)+”、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)等信息化手段相結(jié)合。同時(shí)借鑒高鐵自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，深入研究智能實(shí)施原理、軟件邏輯架構(gòu)、硬件組成、云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)，并將硬件選型安裝、軟件編制和數(shù)據(jù)采集相結(jié)合，形成一套能夠在深基坑中應(yīng)用的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)高鐵監(jiān)測(cè)技術(shù)的 24小時(shí)預(yù)警、數(shù)據(jù)精確、無人工誤差等優(yōu)點(diǎn)的吸收和借鑒，同時(shí)結(jié)合深基坑工程的施工特點(diǎn)，達(dá)到有效防范風(fēng)險(xiǎn)，保障基坑安全，實(shí)現(xiàn)信息化監(jiān)測(cè)管理的目的。

2.2 技術(shù)目標(biāo)

通過研發(fā)的應(yīng)用深基坑智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，預(yù)計(jì)達(dá)到以下目標(biāo)：

①能夠有效解決人工監(jiān)測(cè)的效性差、精準(zhǔn)度低、數(shù)據(jù)不連續(xù)、無法自動(dòng)預(yù)警等問題，實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測(cè)智能采集、智能傳輸、智能計(jì)算、自動(dòng)報(bào)警的四大功能，使基坑監(jiān)測(cè)達(dá)到信息化、智能化水平。

其中智能采集是通過預(yù)埋的感應(yīng)元件自動(dòng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集;智能傳輸是將已采集的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，自動(dòng)傳輸?shù)皆品?wù)器;智能計(jì)算是通過云服務(wù)器端對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)解算;自動(dòng)報(bào)警是通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，實(shí)現(xiàn)超限數(shù)據(jù)的自動(dòng)報(bào)警功能。

②通過智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，最終驗(yàn)證智能監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的實(shí)用性和有效性，真正實(shí)現(xiàn)深基坑監(jiān)測(cè)手段的全面革新升級(jí)。

3? 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用原理

3.1 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)組成

深基坑智能監(jiān)測(cè)技術(shù)是由三部分系統(tǒng)組成，第一部分就是數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測(cè)傳感器及發(fā)射器組成。數(shù)據(jù)采集單元主要負(fù)責(zé)收集施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)傳感器，再由監(jiān)測(cè)傳感器將已采集的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過信號(hào)發(fā)射器發(fā)送到阿里云服務(wù)器。如圖1所示。

第二部分是在云服務(wù)器端，云服務(wù)器端對(duì)接受到的信號(hào)進(jìn)行保存和數(shù)據(jù)解算，同時(shí)將數(shù)據(jù)存檔并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警。如圖2所示。

第三部分就是電腦端和手機(jī)端的軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)將在云服務(wù)器中接收到的數(shù)據(jù)通過電腦或手機(jī)進(jìn)行展示，在軟件系統(tǒng)上我們可以實(shí)時(shí)查看監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)警情況。如圖3所示。

整個(gè)監(jiān)測(cè)過程工作原理簡(jiǎn)單來說就是傳感器收集相關(guān)的數(shù)據(jù)然后在后臺(tái)解算數(shù)據(jù)，最后在電腦端和手機(jī)端的軟件系統(tǒng)中查看監(jiān)測(cè)預(yù)警信息，通過智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和自動(dòng)預(yù)警來有效保證基坑安全。

3.2 明確智能監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

深基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目共包含圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測(cè)和工程周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)兩部分。其中圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測(cè)包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降、水平位移監(jiān)測(cè)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、格構(gòu)柱沉降監(jiān)測(cè)、基坑回彈監(jiān)測(cè);工程周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)包括周邊地表沉降、建筑物水平、沉降及裂縫、傾斜監(jiān)測(cè)、坑外地下水位觀測(cè)、管線監(jiān)測(cè)。

通過對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的分析，將監(jiān)測(cè)指標(biāo)中最主要的三個(gè)指標(biāo)，也即潛水水位監(jiān)測(cè)、墻體水平位移監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)作為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通過自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)這三個(gè)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的跟蹤和采集，能夠較及時(shí)的反映深基坑的安全狀態(tài)，有效防范工程風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 施工現(xiàn)場(chǎng)智能監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

在某地鐵深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)的3個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每個(gè)斷面分別布設(shè)了墻體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

①墻體水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位是在測(cè)斜管內(nèi)安裝了測(cè)斜儀，用來監(jiān)測(cè)墻體水平位移變化。

②軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)位是主要是安裝在鋼支撐上的軸力計(jì)以及安裝在混凝土支撐鋼筋上的軸力計(jì)，用來監(jiān)測(cè)鋼支撐和混凝土支撐的軸力變化情況。

③坑外地下水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)位是在水位觀測(cè)井內(nèi)安裝了水位計(jì)，用來監(jiān)測(cè)坑外的地下水位變化情況。

這三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過監(jiān)測(cè)感應(yīng)元件進(jìn)行收集，并通過傳輸線纜傳送至監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集單元，并通過監(jiān)測(cè)傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后發(fā)送至云服務(wù)器。然后在云服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算后在電腦端和手機(jī)端進(jìn)行展示。

4? 深基坑智能監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

4.1 深基坑智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件概述

深基坑智能監(jiān)控軟件是一套針對(duì)深基坑的智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。該軟件是采用云計(jì)算，通過云端對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解決傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)手段存在的信息化和自智能化程度低等問題，更好的進(jìn)行防范風(fēng)險(xiǎn)，保障基坑安全。系統(tǒng)軟件包含3部分，分別是運(yùn)營(yíng)在云服務(wù)器上的服務(wù)器端軟件、運(yùn)行在個(gè)人電腦上的客戶端軟件及安裝文件、運(yùn)行在安卓手機(jī)客戶端軟件。軟件的組成如圖4所示。

4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件特點(diǎn)

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

②多種方式查詢監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。軟件可以通過數(shù)據(jù)表、曲線圖、時(shí)程、斷面多種形式查詢監(jiān)測(cè)歷史數(shù)據(jù)，方便用戶進(jìn)行對(duì)比和分析。

③數(shù)據(jù)超限時(shí)自動(dòng)預(yù)警。軟件完全按照深基坑監(jiān)測(cè)規(guī)范制定預(yù)警規(guī)則，發(fā)生數(shù)據(jù)超限時(shí)第一時(shí)間以推送消息的形式發(fā)送給相關(guān)用戶，并且在軟件顯著位置上顯示預(yù)警情況，不錯(cuò)過任何一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

④在線提交和查看監(jiān)測(cè)報(bào)表。軟件能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)報(bào)表在線提交，用戶可通過電腦和手機(jī)在線預(yù)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(jī)上隨時(shí)隨地查看圖紙，方便施工。

⑥人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的提交和管理。支持將人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)提交到系統(tǒng)和智能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一同進(jìn)行查詢和預(yù)警，使監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施更加靈活。

4.3 電腦客戶端軟件開發(fā)成果

電腦客戶端系統(tǒng)軟件為一個(gè)運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)上的客戶端軟件，在該客戶端軟件上共計(jì)分為項(xiàng)目展示、項(xiàng)目信息、測(cè)點(diǎn)概覽、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警信息、監(jiān)測(cè)報(bào)表、圖紙查看、人工數(shù)據(jù)提交、綜合管理9個(gè)模塊。

①項(xiàng)目展示：在項(xiàng)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(cè)點(diǎn)布設(shè)斷面圖等信息。

②項(xiàng)目信息：項(xiàng)目信息模塊主要介紹監(jiān)測(cè)基坑項(xiàng)目概況、監(jiān)測(cè)等級(jí)、監(jiān)測(cè)單位情況、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次、控制指標(biāo)等內(nèi)容。

③測(cè)點(diǎn)概覽：該模塊對(duì)基坑布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行整體展示，同時(shí)展示每個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的信息，監(jiān)測(cè)點(diǎn)展示支持CAD圖紙上傳功能。

④監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)界面可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整體展示，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，形成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖，通過該界面可以查詢每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)了解監(jiān)測(cè)情況。

⑤預(yù)警信息：在預(yù)警信息界面可以查看監(jiān)測(cè)預(yù)警狀態(tài)，由于該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)預(yù)警功能，可以及時(shí)查看預(yù)警級(jí)別、預(yù)警模式、預(yù)警點(diǎn)位、超限時(shí)間、當(dāng)前狀態(tài)、預(yù)警曲線等信息。

⑥圖紙查看：該模塊可以實(shí)現(xiàn)CAD圖紙監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的查看，通過將工程CAD設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行上傳，方便及時(shí)查看。

⑦人工數(shù)據(jù)提交：通過該模塊對(duì)每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及提交，并顯示監(jiān)測(cè)時(shí)間、提交人、測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)、測(cè)點(diǎn)號(hào)、測(cè)量值等信息，便于更好的進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

4.4 手機(jī)客戶端軟件開發(fā)成果

為方便監(jiān)測(cè)人員隨時(shí)查看監(jiān)測(cè)信息，研發(fā)了基于手機(jī)端的APP系統(tǒng)，通過手機(jī)APP下載安裝，手機(jī)客戶端是一個(gè)安卓平臺(tái)App，下載安裝后可以與電腦客戶端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一查詢和管理。更方便的隨時(shí)隨地查看系統(tǒng)的各項(xiàng)信息。

①項(xiàng)目信息展示。在項(xiàng)目信息展示界面主要介紹監(jiān)測(cè)基坑項(xiàng)目概況、監(jiān)測(cè)等級(jí)、監(jiān)測(cè)單位情況、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次、控制指標(biāo)等內(nèi)容。

②測(cè)點(diǎn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)查詢。在測(cè)點(diǎn)狀態(tài)和數(shù)據(jù)查詢界面可以展示每個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的信息及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并形成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖，及時(shí)了解監(jiān)測(cè)情況。

③監(jiān)測(cè)自動(dòng)預(yù)警及狀態(tài)查看功能。該手機(jī)端APP可以實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息手機(jī)自動(dòng)推送功能，可以隨時(shí)隨地的第一時(shí)間收到自動(dòng)預(yù)警信息，并在手機(jī)通知狀態(tài)欄出現(xiàn)通知信息。點(diǎn)擊預(yù)警信息就可以進(jìn)入預(yù)警信息界面，可以查看監(jiān)測(cè)預(yù)警狀態(tài)、預(yù)警級(jí)別、預(yù)警模式、預(yù)警點(diǎn)位、超限時(shí)間等信息。如圖5所示。

④監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線查看和分享功能。通過手機(jī)端APP可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分享，可以通過微信、騰訊QQ、電子郵箱、短信的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分享，保證管理人員都能夠在第一時(shí)間掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)狀態(tài)。達(dá)到24小時(shí)無空隙的掌握基坑安全狀態(tài)。如圖6所示。

5? 結(jié)論

①深基坑智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)智能采集、智能傳輸、智能計(jì)算、智能報(bào)警四大功能，實(shí)現(xiàn)了基坑監(jiān)測(cè)從人工到智能的跨越，使基坑監(jiān)測(cè)達(dá)到信息化、智能化水平。②通過將智能化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，智能化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相吻合，采用智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠及時(shí)有效的對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，明確了智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)在深基坑工程的實(shí)用性和有效性。③通過對(duì)墻體深層水平位移、地下水位、支撐軸力3個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的智能化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果能夠與深基坑開挖施工工況對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的影響規(guī)律保持一致，能夠真實(shí)準(zhǔn)確的反映基坑安全狀態(tài)，更好的進(jìn)行基坑風(fēng)險(xiǎn)的防范。

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