基于三维激光扫描仪对深基坑实时监测与动态管理

王 锦

（山西四建集团有限公司，山西 太原 030006）

1 三维激光扫描技术概述

作为一种新兴测量技术，三维激光扫描技术是在20世纪90年代诞生的。其通过非接触测量主动、真实地描述扫描对象的整体结构及形态特征，并快速生成精准的三维数据模型，可有效避免点数据分析造成的片面性问题，因而被称为“实景复制”技术。三维激光扫描技术改变了传统的三维数据采集与处理方法，为空间数据的获取与逆向工程提供了新方法，同时，因其对环境的适应性强，也为建筑工程项目测量与勘察提供了更快捷的技术支持，是测绘领域又一次技术革命。鉴于其显著的优势，人们逐渐将其引入到变形监测领域，如监测建筑物变形情况，监测海底隧道和地铁隧道的施工变形，监测桥梁和滑坡的变形等。

2 技术原理

1）扫描原理。建设施工中的三维激光扫描技术依靠专业仪器实现，目前应用最多的设备是三维激光扫描仪。在实际应用过程中，该设备会先启动内置伺服马达系统，再利通过转动多面扫描棱镜，令发射的脉冲激光束按照从左到右、由上至下的顺序进行快速扫描，以此实现全自动高精度步进式测量，具体过程如图1所示；2）测距原理。现阶段，利用三维激光扫描技术进行测距，可以使用的方法主要有三种：脉冲测距、三角测距、相位测距。利用该技术进行测距时，激光发射器会先发射一道速度极高但相对狭窄的激光脉冲，再利用探测系统捕捉脉冲被测物表面产生的回波信号，通过将其转换成电信号逐渐生成回波脉冲信号，随后对回波脉冲信号与发射脉冲信号之间的间隔进行测量，最后便可得出被测物与激光发射器之间的距离，利用三维激光扫描技术测得的数据精确度比较高。

3 深基坑工程监测现状分析

就目前来看，深基坑监测技术就是以监测项目的控制值为执行依据，在深基坑施工期间的水平位移或沉降度等超过控制值的情况下，相关工作人员需立即采取相应措施，保护工程总体结构以及周边环境的安全性。常用于深基坑监测的技术主要为近景摄影测量监测、基于人工神经网络模式下的构筑物沉降预测等。但就目前来看，在深基坑实际监测过程中，大部分监测工作只是用于采集监测数据，对检测数据进行简单分析，判断数据是否达到预警值，难以从根本上保障深基坑工程的安全实施。

4 深基坑监测管理工作对策

1）监测工作需要有计划，应严格按照有关技术文件（监测方案）执行。监测方案的内容至少应包括工程概况、监测依据、监测方法、监测仪器、监测精度、监测点的布置及观测周期、监测结果的提交等。计划性是观测数据完整性和连贯性的保证；2）监测数据必须具有可靠性。数据的可靠性是由监测仪器的精度、可靠性以及观测人员的素质来保证的。用于基坑监测的仪器设备应定期进行计量检定或校准，确保其使用时在有效的检定和校准周期内。这是监测数据准确、可靠以及可追溯的条件。而观测数据的可靠性由以下三个方面确定：①是否按照规定的作业方法进行作业；②使用的观测仪器是否稳定、可靠；③相关数据是否符合一致性、相关性和连续性；3）观测必须具有及时性，监测数据应有预警性。基坑开挖作为一个动态的施工过程，只有保证及时观测才有利于及时发现隐患，及时采取相关措施。因此监测频率的确定至关重要，而监测频率应能满足既不错过监测对象的关键变化节点，又能合理地控制监测费用，科学合理地开展监测工作。每一监测项目，应根据基坑工程设计计算结果、当地工程施工经验、工程周边环境特点要求确定报警值；4）工程的基坑支护监测，应该有完整的观测记录、形象的图表、曲线及观测报告。由于基坑工程自身的特殊性和复杂性，直接采用监测原始数据对基坑工程的安全稳定状况进行判断和评估的难度较大，需要对原始观测数据整理分析，监测成果的“形象化”让工程技术人员能够一目了然，以便及时发现问题和分析问题。

5 结语

综上所述，三维激光扫描技术可以被应用于环境条件复杂的施工现场，具有较强的实时性与扩展性，数字化程度比较高，充分发挥其作用能够提高施工质量。因此施工人员要明确将其应用于数据逆向建模、工程量计算、工程进度实时跟踪、质量检测、运维管理、变形监测等环节的重要性，切实提高施工效果。