地铁深基坑智能监控系统

李栋

摘要：通过深基坑智能监控系统研发和应用，有效解决传统人工监测一些问题，实现深基坑监测智能采集、智能传输、智能计算、自动报警的四大功能。并对智能监测数据与人工监测数据进行对比和分析，进而验证智能监测技术在时效、人力、精度和风险四个方面相较人工监测的巨大优势，明确智能监测技术在深基坑施工的实用性及有效性。达到减少人力资源耗费和人工误差、对超限数据自动预警的目的，更好的防范基坑风险，有效保障基坑安全。

Abstract： Through the development and application of the intelligent monitoring system for deep foundation pits， it effectively solves some problems of traditional manual monitoring and realizes the four functions of intelligent acquisition， intelligent transmission， intelligent calculation and automatic alarm for deep foundation pit monitoring. The intelligent monitoring data is compared with the manual monitoring data to verify the advantages of intelligent monitoring technology in terms of timeliness， manpower， precision and risk compared with manual monitoring， and the practicality and effectiveness of intelligent monitoring technology in deep foundation pit construction is clarified， to achieve the purpose of reducing human resource consumption and labor error， and automatically warning the over-limit data， better prevent the risk of foundation pit and effectively protect the foundation pit safety.

關键词：智能监控;深基坑;云服务器

Key words： intelligent monitoring;deep foundation pit;cloud server

1  深基坑智能监控系统背景

在深基坑施工中，目前国内大多采用的传统人工监测整个过程需要监测人员携带测量仪器到施工现场进行人工测量记录，然后进行内业整理监测数据，编写监测报表，如果发现有指标超过预警值，则启动相应的预警程序。

其中人工测量和报表的编写工作都占用大量的人力资源，而且基坑周围施工环境条件复杂，人工测量易受外界因素干扰，影响监测数据的精准度。监测数据需要人工进行分析对比，发生预警难以在第一时间通知相关人员，不利于风险控制。同时人工监测的监测频率较低，监测数据是离散的、非实时的，也不便于进行分析和整理。

以上问题都说明传统的人工监测已难以防范深基坑施工期间的基坑风险，且浪费大量的人力物力，监测质量较难保证。为解决这些问题，更好的控制基坑风险，必须对传统人工监测模式进行跨越性的革新升级，而研发和应用智能监测技术就可以有效解决这些问题，使基坑风险的防范达到信息化、智能化的水平。

2  深基坑智能监控系统技术措施及技术目标

2.1 技术措施

针对深基坑人工监测模式存在的效性差、精准度低、数据不连续、无法自动预警等一系列问题，最直接有效的解决办法就是将基坑监测与“互联网+”、云服务、大数据等信息化手段相结合。同时借鉴高铁自动化监测技术的优点，深入研究智能实施原理、软件逻辑架构、硬件组成、云计算等关键技术，并将硬件选型安装、软件编制和数据采集相结合，形成一套能够在深基坑中应用的智能监测系统。该智能监测系统通过对高铁监测技术的 24小时预警、数据精确、无人工误差等优点的吸收和借鉴，同时结合深基坑工程的施工特点，达到有效防范风险，保障基坑安全，实现信息化监测管理的目的。

2.2 技术目标

通过研发的应用深基坑智能监测技术，预计达到以下目标：

①能够有效解决人工监测的效性差、精准度低、数据不连续、无法自动预警等问题，实现基坑监测智能采集、智能传输、智能计算、自动报警的四大功能，使基坑监测达到信息化、智能化水平。

其中智能采集是通过预埋的感应元件自动对施工现场监测数据进行采集;智能传输是将已采集的物理信号转换为数字信号，自动传输到云服务器;智能计算是通过云服务器端对接收到的数字信号进行数据解算;自动报警是通过对监测数据进行自动分析，实现超限数据的自动报警功能。

②通过智能监测数据与人工监测数据进行对比和分析，最终验证智能监测技术在深基坑工程的实用性和有效性，真正实现深基坑监测手段的全面革新升级。

3  深基坑智能监控系统应用原理

3.1 深基坑智能监控系统组成

深基坑智能监测技术是由三部分系统组成，第一部分就是数据采集和传输系统，主要由数据采集单元、监测传感器及发射器组成。数据采集单元主要负责收集施工现场的监测数据并传输到监测传感器，再由监测传感器将已采集的物理信号转换为数字信号，通过信号发射器发送到阿里云服务器。如图1所示。

第二部分是在云服务器端，云服务器端对接受到的信号进行保存和数据解算，同时将数据存档并实现自动预警。如图2所示。

第三部分就是电脑端和手机端的软件系统，软件系统将在云服务器中接收到的数据通过电脑或手机进行展示，在软件系统上我们可以实时查看监测数据和预警情况。如图3所示。

整个监测过程工作原理简单来说就是传感器收集相关的数据然后在后台解算数据，最后在电脑端和手机端的软件系统中查看监测预警信息，通过智能监测数据的分析和自动预警来有效保证基坑安全。

3.2 明确智能监测项目

深基坑监测项目共包含围护结构体系监测和工程周边环境监测两部分。其中围护结构体系监测包括围护结构顶部沉降、水平位移监测、围护结构水平位移监测、支撑轴力监测、格构柱沉降监测、基坑回弹监测;工程周边环境监测包括周边地表沉降、建筑物水平、沉降及裂缝、倾斜监测、坑外地下水位观测、管线监测。

通过对深基坑监测项目的分析，将监测指标中最主要的三个指标，也即潜水水位监测、墙体水平位移监测、支撑轴力监测作为自动化监测项目。通过自动化监测系统对这三个指标的监测数据的跟踪和采集，能夠较及时的反映深基坑的安全状态，有效防范工程风险。

3.3 施工现场智能监测点位布设

在某地铁深基坑施工现场的3个断面的监测点位，每个断面分别布设了墙体水平位移监测点位、地下水位监测点位、支撑轴力监测点位。

①墙体水平位移监测点位是在测斜管内安装了测斜仪，用来监测墙体水平位移变化。

②轴力监测点位是主要是安装在钢支撑上的轴力计以及安装在混凝土支撑钢筋上的轴力计，用来监测钢支撑和混凝土支撑的轴力变化情况。

③坑外地下水位监测点位是在水位观测井内安装了水位计，用来监测坑外的地下水位变化情况。

这三个监测点位的监测数据通过监测感应元件进行收集，并通过传输线缆传送至监控中心的数据采集单元，并通过监测传感器转换成数字信号后发送至云服务器。然后在云服务器端对数据进行解算后在电脑端和手机端进行展示。

4  深基坑智能监控软件设计

4.1 深基坑智能监控系统软件概述

深基坑智能监控软件是一套针对深基坑的智能监测系统的应用软件。该软件是采用云计算，通过云端对大数据进行分析，解决传统的人工监测手段存在的信息化和自智能化程度低等问题，更好的进行防范风险，保障基坑安全。系统软件包含3部分，分别是运营在云服务器上的服务器端软件、运行在个人电脑上的客户端软件及安装文件、运行在安卓手机客户端软件。软件的组成如图4所示。

4.2 监测系统软件特点

①项目信息全景展示。软件通过照片、项目介绍和GIS地图方式使用户对项目和施工单位情况有个全面的了解。

②多种方式查询监测数据。软件可以通过数据表、曲线图、时程、断面多种形式查询监测历史数据，方便用户进行对比和分析。

③数据超限时自动预警。软件完全按照深基坑监测规范制定预警规则，发生数据超限时第一时间以推送消息的形式发送给相关用户，并且在软件显著位置上显示预警情况，不错过任何一个风险点。

④在线提交和查看监测报表。软件能够实现监测报表在线提交，用户可通过电脑和手机在线预览、下载或通过社交软件分享。

⑤在线查看CAD图纸。通过软件可以在电脑和手机上随时随地查看图纸，方便施工。

⑥人工监测数据的提交和管理。支持将人工监测数据提交到系统和智能监测数据一同进行查询和预警，使监测项目的实施更加灵活。

4.3 电脑客户端软件开发成果

电脑客户端系统软件为一个运行在Windows操作系统上的客户端软件，在该客户端软件上共计分为项目展示、项目信息、测点概览、监测数据、预警信息、监测报表、图纸查看、人工数据提交、综合管理9个模块。

①项目展示：在项目展示界面，将展示基坑的整体概况，包括基坑的平面图、剖面图、测点布设断面图等信息。

②项目信息：项目信息模块主要介绍监测基坑项目概况、监测等级、监测单位情况、监测项目及频次、控制指标等内容。

③测点概览：该模块对基坑布设监测点位进行整体展示，同时展示每个监测指标的信息，监测点展示支持CAD图纸上传功能。

④监测数据：在监测数据界面可以进行监测数据的整体展示，并对监测数据进行分析处理，形成监测数据曲线图，通过该界面可以查询每一个监测点的监测数据，及时了解监测情况。

⑤预警信息：在预警信息界面可以查看监测预警状态，由于该系统实现了自动预警功能，可以及时查看预警级别、预警模式、预警点位、超限时间、当前状态、预警曲线等信息。

⑥图纸查看：该模块可以实现CAD图纸监测点位的查看，通过将工程CAD设计图纸进行上传，方便及时查看。

⑦人工数据提交：通过该模块对每一个监测点位的人工监测数据进行整理及提交，并显示监测时间、提交人、测点个数、测点号、测量值等信息，便于更好的进行数据分析。

4.4 手机客户端软件开发成果

为方便监测人员随时查看监测信息，研发了基于手机端的APP系统，通过手机APP下载安装，手机客户端是一个安卓平台App，下载安装后可以与电脑客户端实现数据统一查询和管理。更方便的随时随地查看系统的各项信息。

①项目信息展示。在项目信息展示界面主要介绍监测基坑项目概况、监测等级、监测单位情况、监测项目及频次、控制指标等内容。

②测点状态和数据查询。在测点状态和数据查询界面可以展示每个监测指标的信息及实时监测数据，并形成监测数据曲线图，及时了解监测情况。

③监测自动预警及状态查看功能。该手机端APP可以实现预警信息手机自动推送功能，可以随时随地的第一时间收到自动预警信息，并在手机通知状态栏出现通知信息。点击预警信息就可以进入预警信息界面，可以查看监测预警状态、预警级别、预警模式、预警点位、超限时间等信息。如图5所示。

④监测数据在线查看和分享功能。通过手机端APP可以实现监测数据的实时分享，可以通过微信、腾讯QQ、电子邮箱、短信的形式进行数据的实时分享，保证管理人员都能够在第一时间掌握施工现场的监测状态。达到24小时无空隙的掌握基坑安全状态。如图6所示。

5  结论

①深基坑智能化监测技术能够实现智能采集、智能传输、智能计算、智能报警四大功能，实现了基坑监测从人工到智能的跨越，使基坑监测达到信息化、智能化水平。②通过将智能化监测数据与人工监测数据进行对比和分析，智能化监测数据与人工监测数据相吻合，采用智能化监测技术能够及时有效的对各项监测指标进行自动监测，明确了智能化监测技术在深基坑工程的实用性和有效性。③通过对墙体深层水平位移、地下水位、支撑轴力3个监测指标的智能化监测数据曲线进行分析，监测数据成果能够与深基坑开挖施工工况对监测指标的影响规律保持一致，能够真实准确的反映基坑安全状态，更好的进行基坑风险的防范。

参考文献：

[1]宋林，李昌宁，范恒秀.紧邻既有线地铁车站深基坑施工开挖方案研究[J].现代隧道技术，2016（5）：154-160.

[2]赵尘衍，刘全海，谢友鹏，张洋.自动化监测技术在地铁基坑工程监测中的应用[J].城市勘测，2019（1）：196-200.

[3]陈海燕.浅谈信息化施工技术在地铁基坑施工中的应用[J]. 江西建材，2014（1）：169-170.