基坑施工信息化监测系统发展趋势初探

马铁威

0 引言

随着国民经济的飞速发展,国内深基坑工程的数量在不断的增多,随之而来的各种工程问题也在不断涌现。由于深基坑监测理论和措施的发展滞后,以及施工单位监测理念的缺失,导致了国内深基坑工程事故的频频发生。其中,由于基坑施工的信息化技术不足等因素,造成的事故在深基坑工程事故总数中占很大比重[1-3]。自20世纪90年代,国内开始出现基坑施工信息化监测系统,由于计算机技术的落后以及国内基坑理论研究的不足,没有得到充分的发展。21世纪初,随着各种监测技术和软件系统的发展,基坑监测系统有了飞速的发展,在大多数的基坑工程中,监测技术已经开始发挥重要的指导作用。随着科学技术的发展,尤其是信息技术的发展,基坑监测技术将为基坑工程施工带来更大的指导作用。

1 国内基坑监测系统的发展概况

1.1 数据采集系统

国内大多数的基坑监测系统能够实现监测数据的实时采集和海量存储。刘国斌等[4]设计了一套集成自动监测设备、自动采集设备、数据查询分析平台的基坑施工自动监测系统。该系统实现了数据的自动监测,网络化传输,远程监控等功能,在一定程度上实现了数据的自动化采集。伍毅敏等[5]借鉴激光准直测量原理,研发了基坑位移实时监测系统。王婷婷[6]使用VC++语言平台,集成多种数据采集传感器和数据传输设备,开发了一套基坑数据自动化采集系统。该系统能够实时采集、传输、处理、分析及显示监测数据。王华强等[7]使用外国某公司生产的一体化控制器(OCS),实现了对地铁施工安全监测传感器数据的采集和监控。该系统具有强大的采集功能,逻辑运算和控制功能以及超强的网络通讯能力,能够实现数据的自动化采集和网络化传输等。徐洪钟等[8]结合光纤光栅传感器在基坑工程监测工程中的应用,研发了一套基于虚拟仪器技术的光纤光栅监测系统。该系统能够进行数据实时、高精度采集以及远距离传输等。基坑工程的海量数据采集和存储在信息化施工中是非常重要的,但是有相当一部分系统在分析处理数据时采用的还是人工手段,采集数据的目的还仅限于数据查找等。

1.2 数据管理系统

数据管理系统是数据采集系统在管理上的延伸,能够将采集到的数据进行高效组织和管理,从数据中发现规律并总结趋势,从而预防基坑变形的延续,在基坑施工过程中发挥着重要的指导作用。钟正雄等[9]使用FoxPro3.0语言编写了一套基坑数据库管理系统。谢伟等[10]提出了基于Web方式的深基坑监测信息化解决方案,即集成数据库存储和Web传输和共享的数据管理系统。用户可以及时、准确获取监测信息,同时系统还可以为基坑动态设计提供数据参考。廖益民[11]在广州市地铁五号线与六号线换乘站大坦沙站基坑的施工监测过程中,使用了结合MIS和GIS的监测数据管理系统。该系统实现了海量数据录入和分析处理,日志记录修改,测量数据查询,曲线生成和时间趋势分析,空间查询等功能。吴振军等[12]基于GIS系统的空间建模功能,开发了分布式基坑信息管理与预警系统。系统采用C/S结构实现多用户信息共享与协同作业,在网络环境下可以实现实时同步监控。上海某公司针对基坑工程施工监测,利用数据库与互联网技术开发了一套基坑监测管理系统。郑加柱等[14]基于Visual Basic语言,运用ADO,Active及Automation技术,集成Access,Excel,Surfer,开发出了基坑监测数据管理及建模系统,实现了数据动态管理、分析、查询及三维显示功能。

1.3 数据分析系统

随着基坑工程施工信息化的深入,很多系统已经能够实现基本的数据分析。尤其是计算机高级语言的使用,使得数据分析成为基坑监测系统发展的方向,现阶段国内很多监测系统已经将数据分析、处理作为系统开发的主题,很多监测系统已经能够实现数据的智能分析及处理。张有良等[15]基于C++语言开发了一套面向对象的深基坑工程监测模拟系统。该系统具有数据智能分析及远程传输、图形可视化操作及实时报警等功能。胡友健等[16]基于Visual Basic语言平台,开发了一套基坑监测数据处理与预测报警系统,该系统实现了数据的高效管理、智能分析及灾害预警功能。张银虎等[17]结合多年工程实践经验,设计了一套基坑施工变形监测数据处理系统。该系统实现了数据管理工程化、数据处理集成化、数据查询与分析可视化。数据挖掘和数据分析是信息化施工的出发点而不是终点,数据挖掘应当为施工服务,为工程建设提供必要的指导作用,从而从技术上减少基坑事故的发生。

2 未来基坑监测系统的发展趋势

随着国内科学技术的发展,尤其是计算机技术的发展,未来的监测系统将向自动化、智能化的方向发展。潘有林[18]提出了监测管理系统的具体实施步骤,包括监测点的设置,支护形式的模拟和参数的反演,图表系统的可视化,灾害救护,智能化控制等。贺志勇等[19]结合城市地区地铁深基坑的施工监测,运用多种分析软件对基坑变形的实测数据进行了反分析预测,提出了不同设计分析软件分析方法的可行性及其不足,初步探讨了基坑监测系统的组成及工矿信息交流平台的构建理念。贺志勇认为,未来的监测系统平台应该实现“安全监测→快速反馈→施工控制→在线管理”的有效循环。开发基坑监测信息管理、预测系统软件,构建基坑施工工况信息共享平台,将成为深基坑监测技术发展和信息化施工的必经之路。

在国外,Claus Ludwig等[20]使用无线测斜仪监测系统对Reno ReTRAC地区的铁路基坑施工现场的重要建筑进行实时监测,Rick Wilkins等[21]使用由监测机器人和一系列的传感器组成的自动监控系统,对某矿山深基坑的高边坡进行了监测。该系统能够进行数据自动、实时及无线采集,并根据边坡位移变化速率和边坡位移变化阀值进行预警等。Y.M.A.Hashash等利用激光扫描建模系统对基坑工程施工现场进行扫描建模,实现了自动化建模、图形图像处理及模型渲染等功能[22,23]。该系统能够实现施工现场的实时监控,自动扫描,空间成像等。Debra F.Laefer等[24]通过介绍三维激光扫描技术(3DLS),概括了激光扫描成像技术发展的趋势和障碍,介绍了激光扫描技术过程中数据采集、数据转换及数据挖掘等技术。并提出了将扫描来的三维点阵转换成有限元网格模型的方法,该方法能够将三维激光扫描技术与主流的有限元分析方法相结合,从而实现了自动数据采集、实时数据分析、数值分析预测等。

总之,未来的监测系统应当能够实现:集成和无线化的数据采集、自动和网络化的数据传输、智能和数值化的数据分析、可视和实时化的现场监控等,这是基坑工程监测技术发展的趋势,是施工信息化建设的必然结果。

3 结语

随着科学技术的发展,我国基坑工程的施工监测技术将有更大的发展空间。监测技术的进一步发展将在更大程度上减少基坑事故的发生,从而增加施工人员的安全保障。

[1] 王曙光.深基坑支护事故处理经验录[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2] 潘 劲,潘观强.深基坑工程监测技术概述[J].山西建筑,2007,33(5):111-112.

[3] 刘 艳.深基坑监测技术及进展[J].山西建筑,2007,33(32):117-118.

[4] 刘国斌,白廷辉,罗成恒.深基坑工程自动监测系统的研究及应用[J].上海建设科技,2003(4):50-53.

[5] 伍毅敏,吕康成,郑颖人.深基坑周边位移实时监测系统的研发[J].西安建筑科技大学学报,2006,38(2):194-198.

[6] 王婷婷.建筑基坑实时数据采集监控系统[D].青岛:中国海洋大学,2007.

[7] 王华强,汤石男.OCS控制器在地铁站工程深基坑施工监测系统中的应用[J].国内外机电一体化技术,2008,11(7):51-52.

[8] 徐洪钟,陈 祺,黄广龙,等.基于虚拟仪器技术的基坑光纤光栅检测系统[J].河海大学学报,2008,36(5):718-721.

[9] 钟正雄,马忠政,余有灵,等.基坑工程监测数据库管理系统的设计及应用[J].地下空间,1998(18):323-328.

[10] 谢 伟,高政国.基于Web方式的深基坑监测管理信息系统的设计[J].电脑与信息技术,2005,13(6):62-64.

[11] 廖益民.MIS和GIS集成系统在基坑监测中的研究与应用[J].中国高新技术企业,2007(3):80-81.

[12] 吴振军,王 浩,王水林,等.分布式基坑监测信息管理与预警系统的研制[J].岩土力学,2008,29(9):2503-2514.

[13] 周 莹.基坑监测项目管理信息系统综述[J].测绘通报,2008(5):72-73.

[14] 郑加柱,李国芬,光 辉.深基坑监测数据管理及可视化系统开发[J].城市勘测,2008(4):158-160.

[15] 张有良,陈从新,刘小巍.面向对象的深基坑监测模型及系统开发[J].岩土工程力学与工程学报,2000(19):1061-1064.

[16] 胡友健,李 梅,赖祖龙,等.深基坑工程监测数据处理与预测报警系统[J].焦作工学院学报,2001,20(2):130-135.

[17] 张银虎,孙伟玲,张金龙.基坑施工变形监测数据处理系统的设计[J].铁道勘察,2008(2):14-18.

[18] 潘有林.基坑开挖地址灾害分析及智能监测系统研究[J].自然灾害学报,2005,14(3):130-134.

[19] 贺志勇,徐鹏飞,申冠鹏,等.城市地区深基坑信息化施工检测系统初探[J].工程勘察,2008(8):8-12.

[20] Claus Ludwig,Etienne Constable.Wireless Tiltmeters Monitor Stability during Trench Excavation for Reno Transportation Rail Access Corridor[N].Geotechnical News,2005-12-03.

[21] Rick Wilkins,Geoffrey Bastin,Adam Chrzanowski.A FULLY AUTOMATED SYSTEM FOR MONITORING PIT WALL DISPLACEM ENT[C].Cincinnati:SME,2003.

[22] Y.M.A.Hashash,J.N.Oliveira Filho,Y.Y.Su,etc.A Laser Scanning for Tracking Supported Excavation Construction[A].Proceedings of the Sessions of the Geo-Frontiers 2005 Congress[C].2005:1-9.

[23] Y.M.A.Hashash,L.Y.Liu,J.Ghaboussi,etc.New Technologies for Tracking Urban Excavation Progress and Estimating Deormations[A].Underground Construction and Ground Movement[C].2006:1-6.

[24] Debra F.Laefer,Hanmish Carr,Sean Morrish,etc.Opportunities and Impediments to the Use of Three-dimensional Laser Scanning for Adjacent Excavation[A].GeoCongress 2006:Geotechnical Engineering in the Information Technology Age[C].2005:1-6.