自動化監(jiān)測在城市深大基坑監(jiān)測工程中的應(yīng)用研究

逯煥波，陳昌師，劉俊生

（南京市測繪勘察研究院股份有限公司，南京210019）

1 引言

如今城市發(fā)展對地下空間的利用越來越多，基坑工程的安全進(jìn)行面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)作為基坑工程的“體溫表”，可以反映基坑的安全或者隱患狀態(tài)。傳統(tǒng)的基坑監(jiān)測呈現(xiàn)低端勞務(wù)、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、反饋不及時(shí)等特點(diǎn)，已不能滿足目前深大基坑施工監(jiān)測的要求[1]。近年來，伴隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動化監(jiān)測技術(shù)產(chǎn)生并開始應(yīng)用到工程實(shí)際。自動化監(jiān)測技術(shù)具有誤差小、人力成本低、反饋及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，因此，引起了越來越多的關(guān)注[2]。某文研究了本公司自動化監(jiān)測系統(tǒng)在南京某深大基坑利用的可能性，對過程中遇到的問題進(jìn)行了總結(jié)探討，對加快基坑自動化監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化完善具有重要的指導(dǎo)作用。

2 自動化系統(tǒng)的組成

2.1 無線傳輸裝置

該自動機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)采用ACS04100 GPRS DTU 低功耗GPRS 無線傳輸裝置。該裝置可以在遠(yuǎn)程遙測終端和數(shù)據(jù)中心之間建立透明傳輸通道，實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)交換。

2.2 數(shù)據(jù)采集裝置

該自動化監(jiān)測系統(tǒng)采用NWA3711 型數(shù)字量式無線采集適配器，該設(shè)備是一種采用ZIGBEE@DIGIMESH 無線通信技術(shù)的智能化無線數(shù)據(jù)采集裝置，是一款集信號采集和無線傳輸一體化的測量裝置，該裝置可與無線通信管理單元和其他類型無線采集裝置方便地構(gòu)建無線自動化測量系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

該監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理采用DSIMS 4.0 安全信息管理系統(tǒng)，其支持?jǐn)?shù)據(jù)庫SQL Server 和Oracle 11。DSIMS 4.0 安全信息管理系統(tǒng)能完成系統(tǒng)資源的創(chuàng)建、使用、修改、刪除，可以定制模板輸出、條件過濾輸出及輸出風(fēng)格，可以完成數(shù)據(jù)的整理和輸出，離線分析系統(tǒng)的建模、分析評估和人工巡查信息查詢。

3 監(jiān)測項(xiàng)目及設(shè)備安裝

3.1 周邊建筑物沉降

周邊建筑沉降監(jiān)測采用NYC3000 型液壓沉降儀測量，該裝置主要由液壓沉降測量傳感器、儲液罐、Φ8mm 通液管、Φ8mm 通氣管、干燥管、采集模塊組成。傳感器內(nèi)置高精度微壓傳感器，通過測量被監(jiān)測點(diǎn)相對于儲液罐或基準(zhǔn)點(diǎn)的壓力變化來獲取被監(jiān)測點(diǎn)的沉降或抬升。測量數(shù)據(jù)可通過GPRS通信技術(shù)上傳至數(shù)據(jù)庫，供實(shí)時(shí)查看。

3.2 深層土體水平位移

深層土體水平位移的監(jiān)測采用NJX1 型串聯(lián)桿式固定測斜儀。該測斜儀通過串聯(lián)的方式安裝在測斜管內(nèi)，每支儀器隨監(jiān)測對象產(chǎn)生的相對傾斜，由儀器內(nèi)的測斜敏感元件感應(yīng)傾斜變化，輸出與傾斜變化相對應(yīng)的信號，通過換算計(jì)算出處儀器兩端的相對位移，再累加得出總的位移量和沿管軸線整個(gè)孔位的變化情況。每個(gè)測斜孔對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，可將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至數(shù)據(jù)庫。

3.3 坑外地下水位

坑外地下水位監(jiān)測采用MAS-KY 型振弦式水壓計(jì)。安裝時(shí)將水位計(jì)傳感器固定在觀測井里，標(biāo)記好初始高程并進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。現(xiàn)場各個(gè)水位計(jì)測量數(shù)據(jù)會無線傳輸至現(xiàn)場固定中繼站，然后通過GPRS 技術(shù)發(fā)送至總數(shù)據(jù)庫供后臺查看。

3.4 支撐軸力

支撐軸力的監(jiān)測元件同傳統(tǒng)人工監(jiān)測一樣，采用GJJ 型振弦式鋼筋計(jì)。不同于傳統(tǒng)的采用測讀儀讀取，自動化軸力監(jiān)測只需將引出的導(dǎo)線連接至數(shù)據(jù)采集箱，采集到的數(shù)據(jù)便可實(shí)時(shí)發(fā)送至服務(wù)器供分析使用?？筛鶕?jù)實(shí)際情況在基坑不同位置設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)采集箱。

4 監(jiān)測過程中面臨問題

該自動化監(jiān)測系統(tǒng)正在運(yùn)行，與此同時(shí)，對一些監(jiān)測項(xiàng)目采取了人工測量，目前通過對比二者監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出該自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以運(yùn)用到城市深大基坑監(jiān)測過程中。但在該監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施整個(gè)過程中遇到了一些問題，在此總結(jié)并做簡單分析，今后需要做進(jìn)一步的研究探討。

1）在采用液壓式沉降儀監(jiān)測房屋沉降時(shí)，聯(lián)通水管一般采用的是蒸餾水，這樣可以減少氣泡的產(chǎn)生，降低誤差。但是冬季室外溫度較低，蒸餾水會結(jié)冰，直接影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性。雖然可以選取硅油或者加入防凍液的蒸餾水解決該情況，但是對于不同密度的液體在成果計(jì)算時(shí)就要考慮參數(shù)的設(shè)置，此外測量的精度、誤差也會因此受到影響。對此，今后還需做進(jìn)一步的研究。

2）在基坑自動化監(jiān)測項(xiàng)目中，由于固定式測斜成本太高，深層土體水平位移監(jiān)測很難實(shí)現(xiàn)全部自動化。此外，基坑工程場地復(fù)雜程度不一，作業(yè)環(huán)境較差，自動化監(jiān)測系統(tǒng)并不一定可以覆蓋所有的監(jiān)測項(xiàng)目，即自動化監(jiān)測要考慮到監(jiān)測重點(diǎn)難點(diǎn)及監(jiān)測元件安裝的可行性，在一些工程中往往需要以自動化監(jiān)測為主，人工監(jiān)測為輔。

3）自動化監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理模塊、無線傳輸設(shè)施及一些傳感器在項(xiàng)目結(jié)束后可回收繼續(xù)使用。但是如果在監(jiān)測過程中不加以保護(hù)，運(yùn)行設(shè)備受到破壞，一方面會影響當(dāng)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，另一方面也會影響其使用壽命及質(zhì)量。因此，為了盡可能地降低自動化監(jiān)測的成本，提高自動化監(jiān)測的連續(xù)性，要做好自動化監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)備的保護(hù)，增加設(shè)備維護(hù)的人員投入，項(xiàng)目結(jié)束要及時(shí)完成設(shè)備的回收檢修。

5 結(jié)論及展望

1）該自動化監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器元件、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)庫及用戶服務(wù)平臺組成，可以在深大基坑監(jiān)測中實(shí)現(xiàn)對建筑物沉降、支撐軸力、地下水位、深層土體水平位移及時(shí)有效的監(jiān)測，節(jié)省了大量人工成本，具有可視化和集成化等優(yōu)點(diǎn)。

2）伴隨著5G 時(shí)代的來臨，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)會被逐漸應(yīng)用到工程監(jiān)測中。目前，建立在BIM、InSAR、3D 激光掃描、AI 等技術(shù)方面的監(jiān)測手段會逐漸優(yōu)化完善并實(shí)現(xiàn)在工程中的廣泛使用，因此，基坑監(jiān)測未來面對著無限的機(jī)遇，需要對各行各業(yè)的技術(shù)資源進(jìn)行整合，為實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測的智能化貢獻(xiàn)力量。