作者：何欽、萬普華、陳大萍

前言

　　近年來隨著城鎮化進程的不斷推進，全國各地大中城市掀起了大規模的地鐵建設高潮，高層建筑不斷涌現，地下工程和深基坑工程發展迅猛，單項基坑工程施工面積達到了4、5萬平方米，深度達到50米。深基坑工程的設計和施工，不僅要滿足地下施工空間和安全的要求，更重要的是必須滿足保護環境的要求，涉及土力學的強度、變形和滲透三大技術課題，各種破壞模式相互交叉，互為因果，計算模式具有不清晰性，施工過程又有非常大的不確定性，安全事故時有發生。深基坑安全事故的發生往往伴隨著人員傷亡、工程停工以及周邊道路塌陷、管線斷裂等，造成一系列直接重大經濟損失及惡劣的社會影響。雖然信息化施工一直被提倡，但由于基坑監測儀器、管理上存在的問題，傳統監測存在監測設施陳舊、現場監測無法監管、監測數據無公信力、監測數據傳遞滯緩、技術經驗無法有效積累等問題。

　　鑒于以上問題，地下工程和深基坑安全監測信息服務平臺按相關標準、規范的要求，建立了一個基于Internet和物聯網技術的網絡信息系統平臺來有效地防范、杜絕以上問題，確�；�坑的施工安全。

地下工程和深基坑安全監測現狀分析

　　在對城市地下工程，特別是基坑工程的總體情況、監測依據、監測方式、監測預警預報和管理體系等方面進行深入了解中發現目前地下工程和深基坑安全施工監測過程存在以下問題：

　　1)、目前基坑監測的自動化和數字化程度還不是很高，只是在位移監測方面少部分達到一定的自動化程度，而其他監測項目的自動化和數字化程度都還很低，大部分還是依靠人工采集、記錄，比如水位、應力等，因此監測工作無法避免錯漏或造假行為;而數據傳輸模式目前采用無線方式的極少，這使得監測人員的工作繁雜、冗余，同時造成數據處理不及時，監測結果不能及時反饋給相關責任人員的問題。

　　2)、現場檢測無法全面監管，監測工作本身專業性較強，且現場監測中很難判斷監測工作是否符合規范要求，即使能監控監測現場操作，也不能監管監測數據;

　　3)、數據處理方式多樣化，各單位因規范理解不同、操作方法、現場測點不是方式不同、監測元件不同等導致數據處理方式千變萬化，無統一標準，僅能得到“相對準確”數據，且在數據的處理中無法監管，容易出現弄虛作假行為;

　　4)、監測數據傳遞滯緩，監測數據往往需及時傳遞至現場或行政部門，以及時指導下一步施工或給行政部門監管作為參考，而經過監測部門層層審批后得到的正式監測報告往往一周甚至半個月才能傳遞至各方，未起到相應的作用;

　　5)、經驗積累差，監測單位數據因本身的“加工”往往不能獲得其他單位的認同，僅僅作為本單位內部資料或工程驗收資料存檔，難于查詢，不具備公信力，使各工程監測數據無法傳播與積累。

　　顯然傳統監測模不能滿足現有工程項目發展要求，非常有必要建立一個實時采集、實時傳輸、實時計算、科學預警、智能報警、協同管理的監測信息服務平臺以適應當前情況的地下工程和深基坑的施工安全。

地下工程和深基坑安全監測信息服務平臺應用研究

　　監測工作流程分析

　　地下工程和深基坑安全監測，以工程為主線，由監測機構登記工程，通過設備進行監測數據自動采集上傳，分析處理工程所處的安全狀態。當工程處于異常狀態時，工程進行報警，平臺發送報警通知給相關負責人。報警工程，由安監機構會同相關單位進行各處理，平臺將對處理結果進行實時跟蹤。

　　平臺架構設計

　　通過大量深入工地現場的考察調研，地下工程和深基坑安全監測信息服務平臺以現有相關標準、規范為依據，基于Internet和物聯網網絡信息技術，通過綜合應用虛擬斷面法水平位移量測技術、新型多功能振弦頻率讀數儀、低能耗無線采集發送盒、無線數據采集端、基坑安全亮燈制度、預警系統與誠信評價系統協同使用等新方法、新設備、新管理方法，平臺應具備實時采集、實時分析、實時預警、工程監管及系統管理等功能。

　　1)、采集客戶端：現場監測數據通過連接PC，實時通過網絡將監測數據傳輸至平臺解算中心，進行實時解算，若監測數據不符合規范要求(操作方法或測試精度)，則平臺自動通過短信提示現場監測人員重新測量，若符合要求，則對外實時發布監測結果。通過監測數據的“不落地”傳輸、統一解算，杜絕監測數據修改、偽造等弊端。

　　2)、機構管理模塊：市內各監測單位通過自有登錄賬號登記單位信息，包含機構性質、規模、人員架構、資質概況、儀器設備及檢定證書，通過該模塊，管理部門可全面掌握監測各單位詳細信息，便于行政管理，也便于各建設單位擇優選取優質服務單位

　　3)、監測管理模塊：該模塊包含數據解算、異常判定、數據展示、報警提示等多個功能子模塊，該模塊全面展示工程開挖施工進度、監測數據圖表、工程安全狀態，行政單位可通過該模塊查詢有針對性的開展安全工作管理。

　　4)、實時監控模塊：該模塊對在監工地進行按報警類型予以分類統計，以圖形化形式顯示各類報警工程信息。

　　5)、監督管理模塊：該模塊為監督管理部門網絡操作平臺，針對各監督人員個性話設置，對各工地實施精細化管理，在工程有警情的情況下做的責權明晰、條理清晰、有理有據，有條不紊將安全事故消滅于萌芽狀態。同時根據報警等級不同，做到層次明確，防止事故處理“一窩蜂”的現象，提高了工作效率，降低行政成本，實現安全管理扁平化。

　　6)、系統管理模塊：該模塊可升級系統版本，發布對外公告，調整人員架構，對系統進行整體維護與管理。

　　平臺特點

　　1)、基坑安全平臺化管理

　　地下工程和深基坑安全監測信息服務平臺首創了扁平化的基坑安全監測監管新模式。通過對現有監測設備進行改造，摒棄各種數據傳輸軟件，實現監測過程中的數據自動采集和實時上傳，監測結論同步、平行傳遞至建設行政主管部門、安監部門，以及工程建設、監測、勘察、設計、施工、監理等參建單位，提高了監測時效，確保了監測數據的真實性，杜絕了原有層層上報監測模式存在的時效性差、信息滯后、以及瞞報、漏報等舞弊造假行為。

　　2)、聯動的行業管理模式

　　本平臺集成了各監測單位的人員、儀器設備、監測資質等信息，實現了對各監測單位監測行為的動態監控;與此同時，本系統數據與工程參建單位誠信評價系統、建設工程安全監督系統對接，基坑監測預警信息及安全隱患的及時有效處理將直接影響施工和監理企業的誠信排名，為兩場聯動的行業管理提供數據支持。

　　3)、安全狀態可視化-亮燈制度

　　平臺通過對基坑監測預警值、報警值、控制值與各色警燈鏈接(基坑安全：綠色;基坑預警：黃色;基坑報警：紅色;基坑超控制值：紫色)，建立了基坑監測安全警示燈管理制度，實現了基坑安全狀態的直觀可視化表達。

關鍵技術

　　本項目除了應用Internet和物聯網等技術，還應用了自主創新的虛擬斷面測量技術和水位、應力數據的新型采集技術。

　　1)、虛擬斷面法測量技術

　　該計算方法借鑒有限元法的微分化原理，對基坑支護斷面進行“碎步”劃分，并通過矢量計算，使得到的水平位移近視垂直于基坑邊，得到基坑水平方向的真實變形量;該方法通過引入“微分”“矢量計算”等處理手段，使其適用于各種形狀的基坑，并較傳統方法得到更為準確的基坑變形數據。

　　2)、水位、應力數據的新型采集技術

　　針對本項目的工程實際運用情況，自主研發多功能數字頻率讀數儀、高精度滲壓水位計、低能耗數據無線發送儀及多通道數據采集器，實現了水位、應力采集的革新;根據工程的安全等級，可自主搭配使用設備實現不同的數據采集模式：

　　(1)模式一：現場水位、應力一體采集模式

　　傳統水位、應力分別采用鋼尺水位計和頻率讀數儀進行數據采集，并通過手動記錄相關數據，采集不便且容易出錯、篡改;而發多功能數字頻率讀數儀使兩種測量方法可以采用同一儀器進行測量，聯合高精度滲壓水位計使用，全部實現數據采集的數顯、存儲及傳輸功能，提高監測精度及工作效率，保證了數據的真實性。

　　(2)模式二：水位、應力的“無人值守”模式

　　基于網絡無線技術，通過自主研發低能耗數據無線發送儀及多通道數據采集器，實現應力、水位的實時在線監測;克服監測工作的時間盲區及空間盲區，達到高精度、高頻率的動態監測。

結語

　　地下工程和深基坑安全監測服務平臺率先在廣州市大范圍實施運行，截止目前，全市346個基坑工程、51家監測機構納入該預警平臺管理，30余個建設行政主管部門和安全監督機構通過平臺對基坑工程進行管理、每天登陸的次數超過10000個。平臺運行至今，先后對60多個地下工程或基坑工程成功預警，采用了本平臺的基坑的安全狀況得以較好地控制，至今廣州未發生一起基坑工程安全事故。同時，該平臺的應用推動了監測行業的監管，提升了監測技術水平，取得了良好的經濟和社會效益。