大数据时代深基坑信息化监测系统初探

发表时间：2016-07-15T10:45:35.800Z 来源：《工程建设标准化》2016年5月总第210期 作者： 刘正梁

[导读] 我国国民经济增长迅速，国内深基坑工程数量随之不断增加，与此同时，各种工程问题也不断涌现。

刘正梁

（湖南省有色地质勘查研究院，湖南，长沙，410007）

【摘 要】在深基坑施工深度不断加深、技术难度日益增加的今天，传统的监测模式已难以满足数据快速储存、有效分析、及时反馈的要求。本文针对深基坑施工特点，初步构建信息共享平台和监测系统的理论框架，为深基坑工程实现“动态设计和信息化施工”的目标奠定了基础。

【关键词】大数据；深基坑；施工特点；监测系统 1．引言

我国国民经济增长迅速，国内深基坑工程数量随之不断增加，与此同时，各种工程问题也不断涌现。据近年来建设部备案的重大施工坍塌事故调查显示，基坑坍塌约占坍塌事故总量的50%。深基坑监测理论发展相对滞后，施工单位监测理念缺失，是国内深基坑工程事故频发的主要原因。故作为岩土工程的重要组成部分，深基坑施工在日益规模化的发展态势下，对其建设质量要求、安全监管应更为系统、规范。大数据时代的来临与信息化技术的兴起，带动了传感器技术、监测技术和设备的蓬勃发展，进而提高了对深基坑工程监测数据的分析和施工控制能力，为深基坑施工监测发展提供了良好契机。

本文在分析现阶段深基坑施工特点及技术要点的基础上，结合当前深基坑工程监测实践，探寻如何利用信息化技术实现对深基坑工程施工的有效监测；通过探究深基坑监测信息平台及功能需求，最终形成完整的深基坑信息化监测系统理论框架，以期提升深基坑工程质量，减少质量安全事故，保证工程项目的经济和社会效益。 2．深基坑工程施工

国家建设部相关文件将深基坑定义为在土方开挖、支护、降水工程施工中，深度不小于5米的基坑（槽），或者开挖深度虽未达5m，但由于地质条件、周围环境和地下管线复杂，土方开挖、支护、降水工程施工会影响毗邻建筑（构筑）物安全的基坑（槽）。当前，深基坑施工主要呈现以下几个特点：

（1）施工环境复杂。深基坑施工过程中面临诸多不确定性因素，较易引发周边环境效应。例如，地质埋藏条件、水文地质条件的复杂性与不均匀性使得施工过程控制难度加大，并且无法及时感知开挖环境周边地基的地下水位和应力场的变化，对相邻建筑产生不利影响0。 （2）安全隐患大。深基坑工程具有建设周期长，技术复杂的特点，故施工过程面临的安全隐患不容小觑。如，深基坑地质情况复杂，勘探资料难以保证准确无误，设计人员对土层掌握的准确性受限，由此给深基坑工程施工带来了不小的隐患。

（3）质量要求高。深基坑工程质量是建筑物地下及上部结构稳定的前提，其质量优劣将直接影响工程整体质量，故应严格把控其建筑质量。

据此，为切实保障深基坑工程质量，应从以下三个方面予以改进。一，实施严格的施工全过程控制管理0；二，转变以“结构荷载法”为准的深基坑工程传统施工设计理念，应逐步构筑“动态设计，信息化施工”理念，不断优化深基坑工程施工设计；三，通过观测基坑变形情况可了解基坑土体和地下管线的变形状况、土方开挖的沉降情况等，提前采取措施应对风险。 3．深基坑信息化监测系统构建

深基坑工程地质条件复杂、受力形式特殊，不可控因素较多。因而，深基坑工程质量安全不但依赖于合理的设计，更取决于施工全过程的有效监测。工程界从20世纪50年代开始认识到基坑监测的重要性，早在60年代，国外就开始使用仪器进行软黏土深基坑监测，90年代便出现了电脑数据采集系统。相较而言，国内深基坑工程信息化监测起步较晚，发展程度落后于国外0。

近年来，信息化技术、三维可视化技术持续发展，数据分析、安全预警等系统不断完善，监测工作正逐步实现连续性、动态性，但在数据分析、及时反馈及预测预报的自动化研究方面相较国外略逊一筹。故本文力图构建完整的深基坑信息化监测系统理论框架，以及时、准确、可靠地实现深基坑信息化监测及险情预报功能，最终实现“动态设计，信息化施工”的目的。 3.1 监测系统信息平台

目前，由于监测人员自身水平受限与有效信息交流平台缺失，深基坑设计、施工与监测存在一定的脱节。本文通过科学设计、精心施工、强化监理三大举措，构建以监测为桥梁，设计、施工为基础的信息共享平台，实现“安全监测——快速回馈——施工控制——在线管理”链条式的动态管理，基坑信息平台构建如下图1所示：

图1 基坑信息共享平台 3.2 监测系统功能分析

为真正实现深基坑信息化监测目的，发挥信息平台作用，达到数据采集迅速、系统分析可靠、信息反馈到位、风险规避合理的效果，该系统应具备以下五大功能0：

（1）数据采集功能。作为开展基坑监测工作的基础，数据采集需包括：地质调查或测绘所获得的地质及环境条件信息（如地下水位、

基坑土层参数）、现场实时监测获取的动态数据（如层顶埋深、平均厚度）和相关勘察设备、仪器数据。

（2）数据管理和查询功能。监测数据远程录入、及时备份至服务器，并支持从其他文件（如Excel）中导入数据。同时，系统提供按仪器安装部位、测点编号、集线箱等查询的复合查询方式，以及按特定时期或时间节点检索的功能。

（3）数据分析和处理功能。对施工中实测的各项变形和内力数据进行分析，并迅速将分析结果生成周报、月报、年报等各种报表或专题报告、Word文档，以便查阅。

（4）预测预报功能。通过概率估计等常用数学模型对监测数据进行建模分析，及时识别和标记异常数据，以便施工人员根据预测结果评估工程风险并提出施工调整建议。

（5）权限分级管理功能。该监测系统应对录入级别、资料分析级别、查询级别等操作设定限制，在便于监测人员随时访问、信息共享、无阻碍合作的同时，又可保护数据安全，避免重要信息外泄。 3.3 监测系统整体架构

基于五大功能分析可得，构建的监测系统的核心要素在于获取真实全面的地质勘测与施工数据、分析和反馈、根据反馈信息对设计和施工方案进行动态调整和优化0。监测系统整体架构如下图2所示：

图2 监测系统整体架构 4、结语

本文主要提出了可实现“设计、施工、监测”一体化的深基坑施工信息共享平台和功能完备的信息化监测系统理论框架以解决当下监管实效性较差、信息化施工难等问题。大数据时代，现代信息技术发展迅猛，高新监测技术及智能化专家系统将进一步发展并完善，深基坑工程施工将逐步向“数字基坑”的方向发展演变。为此，深基坑工程施工相关人员应不断提高自身能力，充分利用信息化技术，实现监测、系统、理论及模拟方法的有机结合，致力提升深基坑工程质量。 参考文献：

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