基坑施工全過(guò)程安全信息化管控策略

程子聰

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

伴隨著基坑工程開挖難度大，環(huán)控要求嚴(yán)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)第三方監(jiān)測(cè)和施工監(jiān)測(cè)的精確性和及時(shí)性提出了更高的要求。然而目前我國(guó)在監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用方面仍然采用傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)—繪制曲線分析—超限報(bào)警—紙質(zhì)文件遞交方式。這種管控方式簡(jiǎn)單易于操作，但存在數(shù)據(jù)可信度差，隱患難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺點(diǎn)。有時(shí)候即使發(fā)現(xiàn)安全問題，由于數(shù)據(jù)處理慢、反饋層級(jí)多等缺陷，施工方難以及時(shí)實(shí)施安全措施加以規(guī)避。因此，對(duì)于越來(lái)越高的基坑安全管控需求，采用更加高效安全的管控手段是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的不斷提高，信息化技術(shù)、BIM三維建模技術(shù)的迅速發(fā)展，通過(guò)搭建信息化管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全管控已經(jīng)成為科研熱點(diǎn)，在不少項(xiàng)目上得到應(yīng)用。劉瑢[1]對(duì)預(yù)警系統(tǒng)的建立、預(yù)警指標(biāo)的確定、預(yù)測(cè)方法的選擇等進(jìn)行了理論和實(shí)踐研究，提出了針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的灰色模型組預(yù)測(cè)方法；吳振君等[2]開發(fā)了基于GIS的分布式基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多基坑數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析和預(yù)警；王海飆等[3]在某電子大廈基坑項(xiàng)目進(jìn)行水平位移、沉降及周邊建筑信息化管控時(shí)，建立了平臺(tái)進(jìn)行安全預(yù)警；徐楊青等[4]采用C語(yǔ)言開發(fā)了一套數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各類監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分類管理和美觀展示。然而，由于科研目標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)需求的匹配性存在一定差異，目前信息化管控方法的研究和落地應(yīng)用存在以下不足。

1）和現(xiàn)場(chǎng)需求存在差距。相對(duì)于通過(guò)平臺(tái)查看數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員更關(guān)心如何應(yīng)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效率安全管理。目前這方面研究關(guān)注度較少，而這恰恰是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值的體現(xiàn)。

2）流程管控有缺失。目前信息化管控普遍重視信息收集和分析，但對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)警及后續(xù)處理方面目前仍然依靠人工管理，整個(gè)監(jiān)管體系具有明顯漏洞。

3）便捷性不夠。各類監(jiān)管手段往往追求功能齊全，功能的體現(xiàn)需要現(xiàn)場(chǎng)提供大量資料。各類數(shù)據(jù)獲取和分析需要耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行維護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用體驗(yàn)較差。

因此，通過(guò)信息化手段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管控方法進(jìn)行改良提升，通過(guò)分工責(zé)任建立集開工準(zhǔn)備、數(shù)據(jù)采集、信息分析、報(bào)警反饋、事件處理于一體的基坑信息化管控策略，可大幅提高現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用效率，促進(jìn)深基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)的專業(yè)化、信息化、智能化管控水平。

1 施工全過(guò)程安全信息化管控策略

1.1 管控目標(biāo)

將信息化管控手段融入現(xiàn)場(chǎng)安全管控方法，基于信息化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息快速收集、數(shù)據(jù)智能分析、風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)識(shí)別、處置迅速落實(shí)。加快風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和處置速度，確?；影踩€(wěn)定。

1.2 信息化管控構(gòu)架

基坑信息化管控分為3個(gè)層級(jí)：系統(tǒng)層、資源層、應(yīng)用層。各層級(jí)的管控內(nèi)容如圖1所示。

圖1 信息化管控構(gòu)架及內(nèi)容

1.3 信息化管控優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)—紙質(zhì)資料遞交的現(xiàn)場(chǎng)安全管控方式，信息化管控方法具有以下優(yōu)勢(shì)。

1）安全管控高效化。數(shù)據(jù)采集、曲線繪制、報(bào)警生成等通過(guò)平臺(tái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，減少人工采集、數(shù)據(jù)處理的時(shí)間。

2）信息獲取便捷化。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巡查信息、測(cè)點(diǎn)報(bào)警信息無(wú)需翻閱紙質(zhì)報(bào)表，通過(guò)平臺(tái)直接查看。

3）事件處理閉合化。報(bào)警事件發(fā)生、響應(yīng)、處置、審核閉合化處理，可設(shè)置解決事件期限和處理流程，避免了報(bào)警事件的不作為。

2 基坑安全信息化管控流程及要點(diǎn)

基坑安全信息化管控流程包括前期準(zhǔn)備、日常數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)分析查看、智能報(bào)警反饋、事件處理。

2.1 前期準(zhǔn)備

包括工點(diǎn)設(shè)置和項(xiàng)目信息初始化工作。對(duì)于需要開展監(jiān)測(cè)管理的項(xiàng)目，總承包單位或施工單位應(yīng)當(dāng)在項(xiàng)目開工前一個(gè)月通知平臺(tái)建設(shè)人員新設(shè)項(xiàng)目工點(diǎn)，并設(shè)置專人作為平臺(tái)數(shù)據(jù)錄入人員，在開工前完成項(xiàng)目初始化工作。項(xiàng)目初始化工作包括工程概況信息、基坑基本信息、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目信息（包括布點(diǎn)圖）的錄入。

工程概況信息：項(xiàng)目基本情況、地理位置、工程參與方、項(xiàng)目效果圖、項(xiàng)目開工時(shí)間和預(yù)計(jì)結(jié)束時(shí)間。

基坑基本信息：開挖深度、開挖面積、土質(zhì)情況等。

監(jiān)測(cè)信息：監(jiān)測(cè)類型、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、測(cè)點(diǎn)布置圖、監(jiān)測(cè)報(bào)警值設(shè)定等。

2.2 日常信息錄入

日常信息包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、安全巡檢信息和工況信息。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息：施工過(guò)程中的工況信息、監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息由總承包單位或施工單位及時(shí)錄入。方法包括Excel每日監(jiān)測(cè)報(bào)表導(dǎo)入和自動(dòng)化傳感器直接傳輸。

安全巡檢信息：總承包單位或施工單位現(xiàn)場(chǎng)巡查發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)當(dāng)及時(shí)將違規(guī)或異常信息通過(guò)手機(jī)以照片、文字形式上傳平臺(tái)。

工況信息：總承包單位將每日工作進(jìn)度根據(jù)內(nèi)置表單格式填入系統(tǒng)。

2.3 數(shù)據(jù)分析和展示

各類信息通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行分類存檔展示。管理人員通過(guò)平臺(tái)查看每日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和安全巡檢信息。授權(quán)人員可直接根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工報(bào)警。

2.4 報(bào)警反饋

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和巡檢結(jié)果，建立多級(jí)報(bào)警機(jī)制，根據(jù)級(jí)別不同實(shí)施不同風(fēng)險(xiǎn)處理方法（表1）。

表1 多級(jí)報(bào)警評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

低風(fēng)險(xiǎn)處理方案：施工單位自行召開技術(shù)會(huì)議解決，將解決方案上傳平臺(tái)，由監(jiān)理和業(yè)主審核。

中風(fēng)險(xiǎn)處理方案：聯(lián)系業(yè)主召開技術(shù)會(huì)議，關(guān)聯(lián)單位參與，共同提出解決方案。將解決方案、解決過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)狀況上傳平臺(tái)，由監(jiān)理和業(yè)主方審核。

高風(fēng)險(xiǎn)處理方案：聯(lián)系業(yè)主召開技術(shù)會(huì)議，關(guān)聯(lián)單位參與，共同提出解決方案，聯(lián)系專家審核方案。將解決方案、解決過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)狀況上傳平臺(tái)，由監(jiān)理和業(yè)主方審核。

當(dāng)符合以下情況之一時(shí)，平臺(tái)報(bào)警等級(jí)自動(dòng)升級(jí)：

1）當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)警或異常事件在3 d內(nèi)沒有得到響應(yīng)。

2）當(dāng)事件處理時(shí)間達(dá)到2周。

3）事件處理過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)惡化。

4）周邊環(huán)境出現(xiàn)裂縫、明顯隆沉且迅速發(fā)展，具有發(fā)生事故的預(yù)兆。

2.5 事件處理

基于平臺(tái)，建立“發(fā)起—響應(yīng)—審核—完結(jié)”的風(fēng)險(xiǎn)事件處理閉環(huán)化管控方法。

1）報(bào)警發(fā)起。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)起報(bào)警事件，向內(nèi)置的處理人發(fā)送報(bào)警信息。系統(tǒng)也支持授權(quán)人主動(dòng)發(fā)起報(bào)警事件。

2）專人響應(yīng)。處理人收到報(bào)警信息后通過(guò)平臺(tái)確認(rèn)事件，然后于3 d內(nèi)進(jìn)行解決。事件解決完成后提交照片、文本資料等作為旁證材料。

3）多級(jí)審核。責(zé)任人提交材料后，平臺(tái)自動(dòng)將信息發(fā)送至監(jiān)理和業(yè)主方。監(jiān)理和業(yè)主方按先后流程進(jìn)行審核。

4）事件閉合。監(jiān)理和業(yè)主方審核通過(guò)后，系統(tǒng)自動(dòng)閉合事件。

3 實(shí)際工程應(yīng)用

3.1 工程背景

景湖路及地下空間工程位于浙江省嘉興市，北側(cè)為擬建景湖路，南側(cè)為擬建人才公寓，西側(cè)為規(guī)劃新南湖路，東側(cè)為已建紡工路。

地下空間共享工程基坑挖深最大為8 m，基坑總周長(zhǎng)約684 m，總面積約5 916 m2?；箛o(hù)基本采用SMW工法樁＋一/二道鋼支撐（局部為混凝土撐）作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3.2 信息化管控必要性

本項(xiàng)目雖然開挖深度一般，并不屬于常規(guī)意義上超深基坑，但由于以下原因，最后決定采用信息化管控手段進(jìn)行精細(xì)化管理。

1）嚴(yán)苛的環(huán)控要求。本項(xiàng)目東側(cè)緊鄰已建的紡工路，道路邊線和基坑紅線最小間距不到3 m。紡工路為嘉興市中心道路，現(xiàn)有交通流量大，兩側(cè)埋設(shè)多條地下管線，周邊密布商業(yè)店鋪。因此需要快速獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并有效規(guī)避。

2）信息扁平化傳輸要求。本項(xiàng)目由于辦公區(qū)域面積有限，部分管理人員辦公地點(diǎn)和項(xiàng)目地點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，無(wú)法直接現(xiàn)場(chǎng)管控，需要高效率扁平化信息傳遞方式來(lái)及時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)信息。

3）緊張的項(xiàng)目進(jìn)度要求。本項(xiàng)目開工時(shí)間為2021年1月20日，整體施工完成節(jié)點(diǎn)為2021年6月30日，其中基坑施工必須于5月1日前完成。受春節(jié)影響，實(shí)際施工時(shí)間不到90 d。只有通過(guò)信息化管理實(shí)現(xiàn)工程信息的及時(shí)獲取，快速反饋才能滿足本項(xiàng)目進(jìn)度管理要求。

3.3 管控內(nèi)容和功能

本項(xiàng)目通過(guò)搭設(shè)的信息化管控平臺(tái)，對(duì)施工工況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行全方面信息化管理，具體包括以下內(nèi)容。

3.3.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)專業(yè)化分析

本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)管理內(nèi)容包括坑基外地表沉降、基坑外水位、支撐軸力、圍護(hù)頂部位移、圍護(hù)深層水平位移、周邊建筑物豎向位移和地下管線位移。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際監(jiān)測(cè)內(nèi)容，將人工上傳或自動(dòng)上傳的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算（圖2），并通過(guò)自定義曲線（圖3）進(jìn)行直觀展示。

圖2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理

圖3 自定義曲線繪制

監(jiān)測(cè)信息的智能處理將原先單純數(shù)字通過(guò)圖表進(jìn)行專業(yè)化分析，有助于管理人員快速了解基坑安全現(xiàn)狀。

3.3.2 項(xiàng)目工況可視化管理

為了直觀展現(xiàn)施工工況，本項(xiàng)目采用了BIM模型進(jìn)行工況管理（圖4）。將BIM模型各構(gòu)件和施工工況信息進(jìn)行一對(duì)一關(guān)聯(lián)，通過(guò)模型操作動(dòng)態(tài)模擬當(dāng)前施工狀態(tài)，演示歷史施工過(guò)程。

圖4 三維工況展示

當(dāng)前施工進(jìn)度模擬：通過(guò)顯示/隱藏BIM模型各構(gòu)件，方便管理人員直觀地了解目前基坑施工狀態(tài)。

演示歷史施工過(guò)程：各施工工況通過(guò)日歷表形式進(jìn)行記錄，可通過(guò)日期查詢直接獲取當(dāng)日施工工況內(nèi)容。

3.3.3 風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警根據(jù)監(jiān)測(cè)方案，對(duì)本工程所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行2級(jí)報(bào)警設(shè)置（表2）。通過(guò)后臺(tái)配置的責(zé)任人聯(lián)系方式，直接短信通知相關(guān)責(zé)任人。系統(tǒng)自動(dòng)記錄報(bào)警信息并匯總展示。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能從根本上解決了常規(guī)監(jiān)測(cè)信息傳遞不及時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)滯后的缺點(diǎn)，幫助現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人第一時(shí)間了解目前基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，及時(shí)采取措施進(jìn)行安全管控。

3.3.4 報(bào)表自動(dòng)化制作

為了提高監(jiān)測(cè)工作效率，降低監(jiān)測(cè)人員工作量，本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)報(bào)表和總結(jié)報(bào)告均依靠信息化系統(tǒng)輔助生成。

基于內(nèi)置的多種表單格式，系統(tǒng)可主動(dòng)篩選并自動(dòng)填寫相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，智能繪制各測(cè)點(diǎn)變形曲線和時(shí)程曲線。監(jiān)測(cè)人員僅需要確認(rèn)報(bào)表中需要分析的監(jiān)測(cè)類別即可快速制作報(bào)表。

報(bào)表自動(dòng)化制作大幅度降低了監(jiān)測(cè)人員報(bào)表制作工作量，將原先1 h以上的工作量降低到10 min左右的工作量，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也得到了保證。

3.4 實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)

本項(xiàng)目全過(guò)程進(jìn)行信息化安全管控。自2021年1月20日開工至4月底基坑完工，共向平臺(tái)上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)64次，通過(guò)平臺(tái)生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表64次，總結(jié)報(bào)告1次。平臺(tái)通過(guò)對(duì)上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)智能分析判斷，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別并發(fā)布低風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警信息8次，通過(guò)短信提醒現(xiàn)場(chǎng)管理人員采取措施加以解決，確?；蛹爸苓叺姆€(wěn)定安全。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種基坑施工全過(guò)程信息化安全管控方法，通過(guò)將信息技術(shù)融入現(xiàn)場(chǎng)管控手段，建立了完整的信息化管控流程，并成功應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目。工程實(shí)踐證明，該方法完全適應(yīng)于基坑工程的現(xiàn)場(chǎng)管控，有助于提高現(xiàn)場(chǎng)管控效率，保障工程安全。