自动化远程监测预警系统在基坑工程中的应用研究

自动化远程监测预警系统在基坑工程中的应用研究

发表时间：2019-07-19T15:49:21.023Z 来源：《基层建设》2019年第12期作者：林台甫[导读] 摘要：文章通过笔者的工作实践，阐述了深基坑监测预警系统设计的特点及内容，从而针对深基坑工程监测预警系统设计进行了研究，并提出了深基坑工程监测预警系统的应用。

广州市吉华勘测股份有限公司摘要：文章通过笔者的工作实践，阐述了深基坑监测预警系统设计的特点及内容，从而针对深基坑工程监测预警系统设计进行了研究，并提出了深基坑工程监测预警系统的应用。

关键词：深基坑；监测；预警系统；应用引言

近10年发展迅猛，基坑面积、基坑深度、施工难度等方面屡创新高。在建筑深基坑开挖过程中，经常会引起支护结构内力位移和基坑内外土体变形等问题，这些问题将会不仅影响到建筑基坑施工的安全，而且还会造成企业不必要的经济损失和威胁到人员生命安全。随着国家整体国力的提升和科研的投入，基坑安全监测工作得到越来越多的重视，本文就深基坑预警系统自动化采集与监测进行了研究，以在实际工程中得以应用。

一、深基坑监测预警系统设计概述

在深基坑变形监测过程中，我们主要利用测量机器人自动扫描、采集数据和保存数据。在分析器中可以实时、动态地了解挡土支护结构、支撑结构和周边地形等的累计位移和累计沉降，对安全施工具有指导意义。一般来说，监测系统的特点有：1）数据自动采集、自动存储、自动处理。2）自动生成监测数据报表、变形曲线图、变形速率图。3）安全预警和报警。运用自动化监测、统计、数据库等技术，采用统计技术对监测数据进行拟合和估计，实现数据自动分析；根据监测数据和设定的预警值和报警值，实现自动预警和报警可视化。

深基坑监测预警系统包括监测器和分析器。监测器采用极坐标法获取监测点和基准点的斜距、水平角、竖直角，最终软件内部计算出监测点坐标，以坐标变化量反映变形量。分析器对变形量进行表达与分析，可得到监测点变形过程线以及监测报表。其构建方式如图1 所示。

（1）监测点和基准点。充分考虑深基坑监测的不同内容，采用不同点组来向对应。比如对围护墙的监测可以命名为点组1，对周边地形监测可以命名为点组 2。基准点要尽可能保证稳定，基准点应该不少于3～4个。监测点根据需要，一般均匀分布在基坑周围，安装上正对基站的棱镜。

（2）徕卡TCA1201+。除了保证尽可能稳定，还要保证视场尽可能覆盖整个深基坑。若现场监测环境过于复杂，可选择多个合适的基站，以保证视场覆盖各点组。

（3）监测器。监测器是根据基坑工程现场变形监测选取的稳定或相对稳定的基准点，利用TCA1201+测量机器人，在一定的视野范围内，可以进行自动搜索和照准棱镜、自动读取数据、保存数据到数据库。

（4）数据库。采用SQL2005，采用预先设定好的表格样式稳定地从监测器导入监测数据，选择性地向分析器导出数据。

（5）分析器。分析器是实时从数据库调用所采集到的监测数据，采用小波分析进行降噪处理，生成累计变量曲线图，并根据预先设定的预警和报警极值，进行动安全示警。

（6）报表输出。考虑到深基坑监测对象日发突变性状况和施工方的意见，对挡土支护结构、支撑结构、周边环境等编制日、周、月三种数据报表，以位移和沉降的累计变化量、变化速率来反应深基坑的安全状态。

二、深基坑工程监测预警系统设计

深基坑监测预警系统基于Leica TCA1201 +，以具有良好可视化的VB6.0 为平台，采用 SQL2005 进行监测信息存储和管理，形成了一个功能丰富、具有良好操作界面的软件系统。关键的技术包括GeoCOM接口和数据库结构设计以及监测器和分析器的设计。

2.1 机器人与计算机间 GeoCOM通讯接口 GeoCOM 应用开发接口技术，是徕卡公司为徕卡用户对 TPS 系列全站仪进行二次开发所提供的另一种形式的支持。它是基于美国SUN微软公司的远程调用协议（RPC）而建立的点对点通信协议，通信时由计算机（客户端）发出请求信号，TPS系列全站仪（服务器端）返回应答信号来完成整个通讯过程。 GeoCOM接口通俗的讲就是一个函数包，该函数包内封装了用户与徕卡全站仪进行通讯交互时调用仪器上的子系统所需的客户端调用接口，各个功能函数以动态连接库的形式封装在 GeoCOM.DLL（或 GeoCOM32.DLL）中，用户只需要根据自己的需要在现有的功能基础上直接调用即可。

2.2 数据库表设计

使用SQL数据库技术进行管理监测数据，在保存初始学习、设站、预警、报警值设置、点组、点名、监测数据等信息时，设计如表1、表2主要数据库表单格式。

三、监测预警系统的设计构建

3.1设计原则

为保证有效降低风险，减少事故的发生，在设计构建监测预警系统时应遵循以下原则。

（1）严谨性与科学性原则。监测预警是为了使施工人员及时发现问题并防止事故的发生，整个系统具有严密的科学性，要根据实际情况合理设计系统，增加实用性，其是整个系统必须遵循的最基本原则。

（2）整体性原则。深基坑工程涉及诸多因素，在进行监测预警时不能只针对其中某一项。事故的发生通常是多种因素共同作用的结果，因此监测预警系统要遵循整体性原则，对各项数据都要进行监测，统筹全局。

（3）方便实用原则。整个系统在实际工作中应当方便实用，以便工作人员能够及时对各种异常做出调整。

（4）信息化原则。各项监测数据应实时传人数据库，由计算机进行处理，根据数据变化趋势做出预测，并及时进行风险评价和控制等。

3.2具体设计内容

基坑监测预警系统并不是简单的信息采集，还包括预测预警等工作，其设计内容较为全面。

（1）确定监测目的。通过监测数据，分析基坑围护体系是否安全以及基坑的开挖对临近建筑物的影响，保证施工时围护体系不出意外。此外，还应利用监测结果分析检验围护体系设计计算理论和方法的可靠性。

（2）根据监测目的和设计方案，在现场合理选择监测项目及监测流程。

（3）确定监测频率和测点的布置。根据开挖进度等实际情况确定监测频率和测点，随着工程的进行，监测频率和测点的数量都应逐步增加。在降雨期，对地下水位的监测频率应当适当增加。

（4）监测数据反馈与预警。监测数据应能够实时反馈至监理单位等，达到或超过报警值时应自动报警，以便相关单位及时研究、处理。

（5）确定监测报警值。监测报警值的确定主要包括基坑支护结构、周围建筑物和地下管线三方面。支护结构报警值包括单位时间内允许变化量和累计允许变化量两部分。对于周边建筑物要考虑不同建筑对差异沉降的承受能力以及基坑开挖引起的变形与建筑本身变形等因素；对于地下管线主要考虑差异沉降和挠度及变形速率等。

3.3预警功能评价

通过对系统设定报警值，各功能模块对监测数据进行数值与几何等综合分析，对潜在风险进行识别、评价，并进一步采取控制措施。

3.4针对的监测问

3.4.1监测目的与内容

每一个工程都有特定的监测内容，每一个测试项目又有特定的目的。在不同的安全等级下所选择的监测项目有所区别。其中对支撑结构顶部水平位移和周边建筑物沉降等进行监测主要是判断基坑支护的稳定状态，较为重要，在各安全等级下都需要进行监测。

3.4.2监测设备的选用

数据采集的准确性跟仪器的选用有密切联系，实际监测过程中要根据实际情况正确选择仪器。例如在判断基坑稳定状态时，要用测斜仪测量维护结构和土体的水平位移变化；观测土压状态时要用土压力盒；对支护结构的应力测量还要用到钢筋应力计、混凝土应力计等仪器。另外还有土体分层沉降仪等诸多仪器设备，可以根据选择的检测项目合理选用。

3.4.3监测数据的处理

要使用监测所得数据对当前项目整体状态进行评价，并辅以对各监测项目的状态进行综合分析，获得相关变化图表，预测各项数据变化趋势，以便提前对风险进行预防处理。

四、深基坑监测预警系统的应用

本文结合某市地铁六号线XX站进行现场检验。XX站属于一级基坑，采用明挖法，目前已开挖至深度约5 m。在施工区外相对稳定的地方设置了三个基准点；在基坑围护墙顶设置了17个监测点。将测量机器人TCA1201+安装在强制对中盘上，以连续测量方式进行数据采集。为了存档监测数据，按日报表格式进行数据报表输出。

为了检验预警功能，人为移动了QD17号点。考虑到施工现各种场震等动复杂施工条件，变形量略有波动属于正常情况。当变形量达到极限时，分析器会立即给予报警，提示会有安全隐患，施工方能提前做好准备应对可能发生的基坑事故。综上分析，深基坑监测预警系统完全符合深基坑变形监测要求，达到了预期的目标，得到比较好的监测结果。

结束语

综上所述，通过利用 Leica TCA1201+测量机器人进行深基坑变形监测，并进行的无人职守自动化数据采集。同时采用VB平台，通过GeoCOM接口技术，借用远程数据无线传输，实现数据的可视化采集与传输。从中可以看出，深基坑工程监测预警系统的实现与应用实现了自动化的目标，在变形监测领域将会达到国内领先水平。

参考文献：

[1]陈健.MATLAB 在变形监测数据处理中的应用[J].城市勘测，2016.

[2]梅文胜，杨红.测量机器人开发与应用[M].武汉：武汉大学出版社，2017