建筑基坑半自動化監測技術與云平臺之研發背景和現實意義

（注：本文原文發表于《建筑科學》2016年地基基礎學術會議?？?，詳情請參閱論文原文。同時基于本文基本觀點，已開發出建筑基坑（半）自動化監測系統和云平臺，有興趣可直接聯系作者）

1  前    言

本世紀初以來，在國外由于高層、超高層建筑的大量涌現，部分建筑基坑開始采用儀器進行監測，在20世紀60年代初期，已經開始在奧斯陸和墨西哥軟土深基坑中使用儀器進行全方位的監測，經過近30年的發展，國外20世紀90年代已經出現了監測電腦數據采集系統，實現了監控的自動化。我國的深基坑的全方位監測于20世紀90年代才開始起步^[1]。在深基坑的研究方面，國外主要側重于支護設計和施工技術的研究，缺乏對監測分析、信息反饋及預測預報的自動化研究。安全監測工作的蓬勃發展在國內外帶動了一大批監測儀器研制生產部門的發展，一些先進監測儀器在工程中得以應用^[2]。近十多年來，國內外對建筑基坑安全監測開始越來越重視，許多學者開始對基坑、邊坡安全監測工作進行研究。張文波^[3]研制了邊坡監測信息微機管理系統，袁寶遠^[3]研究了一個具有監測信息管理，可視化查詢分析、邊坡不穩定先兆分析等功能的邊坡監測信息系統，任麗芳、穆蘭、杜玉林^[4]從基坑安全監測的角度對深基坑的監測項目、監測方法和研究現狀進行闡述，并在此基礎上對深基坑監測今后的研究方向進行展望，指出信息化施工以及建立完善的險情預警系統的重要性。

深基坑工程是一項風險性較高的工程，根據近年來建設工程事故的統計，基坑工程中發生工程事故的概率往往高于主體工程，事故發生率約占基坑工程數量的20%左右，有的城市甚至占30%左右?；庸こ淌鹿实念l頻發生，給社會造成了重大的經濟損失和產生了嚴重后果^[5-7]。監測工作作為建設工程中重要組成部分，對保障基坑施工和周邊環境安全具有重要作用?，F行建筑基坑的監測通常采用的是人工或者自動化的方式，兩種監測各有其適用性和局限性，都為保障基坑施工和周邊環境安全作出了巨大貢獻。

傳統人工監測，即主要靠派出測試人員到野外現場測得數據，然后回到室內整理原始數據、統計分析、繪制曲線、分析判斷監測結果、出具當日監測報告。不僅費力費時，效率較低，而且任務多時，疲于應付，造成部分工程監測頻率偏低、現場測試方法不規范、甚至某些監測項目偷工減料情況時有發生，對工程留下安全隱患^[8]。

自動化監測技術是集自動監測數據的采集、分析、查詢于一體的信息管理技術^[9]。通過自動監測技術可以實現自動監測儀器數據的采集、數據傳輸匯總以及數據的遠程查詢，實現在遠程及時查看監測數據。保證工程數據的及時處理，能在工程出現問題的第一時間發現隱患、解決問題，保障工程的安全進行。

現行傳統人工監測市場低價競爭、人工成本與日俱增，同時，工作量大、效率低、精度低，監測數據不連續等缺點已使傳統人工監測陷入困境，實現自動化監測是一個不可阻擋的趨勢。自動化監測雖然在真實性、及時性、準確性、連續性、便捷性方面有著得天獨厚的優勢，其缺點在于成本高、保護難、推廣難。毋庸置疑，隨著技術的發展和科技的進步，自動化所具有的巨大優勢必將取代傳統人工監測，從建筑基坑監測的傳統人工監測到未來全自動化監測的轉型需花費較長時間去實現，急需找到兩者間的結合點，將傳統人工監測借助“互聯網+”手段轉變為全自動化監測或部分自動化監測，才能全面提高全行業的信息化水平，帶動監測行業健康、良性的可持續發展。

2  建筑基坑半自動化監測技術

 近年來，隨著信息化水平的不斷提高，基坑工程自動化監測技術發展迅速，國內不少深基坑開始選擇自動化監測，但自動化監測昂貴的傳感器、數據采集裝置又加大了工程成本，同時全自動化監測設備和元器件的現場保護及成活率保證仍是難題，讓自動化監測處于一個比較尷尬的地位。借助“互聯網+”手段升級和改進現有的監測儀器設備和技術手段，推廣一種具有較強適用性的基坑安全監測技術，同時為所有基坑安全監測相關人員搭建一個公共數據平臺，將具有重要的現實意義和必將推動監測行業健康發展。

2.1建筑基坑半自動化監測技術概念

建筑基坑半自動化監測技術即是結合人工監測和自動化監測系統來進行基坑監測。建筑基坑半自動化監測主要分為兩種模式：①結合傳統人工監測和互聯網+，采用人工采集，即時上傳云端模式。即由監測人員用全站儀、水準儀、頻率計等儀器進行基坑監測數據采集，將數據導出至手持式上傳設備，再上傳至服務器云端進行數據處理、報告生成等一系列內業工作；②實現部分項目全自動化功能。由于施工現場的特殊限制性以及各方單位的相互協作制約等原因，人工觀測的工作量，一般監測頻率一天兩次已經到達飽和。對于某些自動化測量設備和元器件較經濟和便于保護的監測項目可采用自動化監測，如土壓力、孔隙水壓力、支撐軸力、墻體內力、地下水位監測等，可以充分利用全自動化監測技術，自動采集數據后實時傳輸至服務器云端計算存儲，實現自動化采集監測數據，當采用全自動化監測技術的監測項目出現報警或異常時，在排除系統誤報警之后立即加密人工監測。

2.1.1人工采集+即時上傳半自動化監測技術

由監測人員用全站儀、水準儀、頻率計等儀器進行基坑數據采集，現場測量結束后將數據導出至手持式上傳設備上傳監測數據和文件，同時發送采集方式、地理位置信息、發送時間等主要信息，再上傳至服務器云端進行數據處理和實時數據解算，參建各方和管理部門可通過客戶端實時訪問服務器云端數據中心，實現查詢工程文檔、進度數據、監測成果、打印監測報告等功能。

2.1.2部分項目全自動化監測+部分項目傳統人工監測技術

現行規范并未對不同的監測項目采用不同的監測頻率，而是根據基坑等級等要素對某個基坑的全部監測項目在不同的施工階段采用了統一的監測頻率?，F行的通用做法也沿用了現行規范的規則，對全部監測項目在某個監測階段選用了統一的監測頻率，如某基坑某個施工階段自動化監測頻率為次/2h，人工監測項目次/2d等。

部分項目全自動化監測+部分項目傳統人工監測技術，即基坑監測采用部分監測項目全自動化（一般指實現自動化監測經濟性較好和便于現場維護的監測項目）+部分監測項目傳統人工監測（一般指實現全自動化監測較為昂貴或不宜于現場保護的監測項目）的模式，兩種監測方式的監測頻率遵循設計要求和規范要求執行，但當自動化監測的監測項目報警后，在判斷為非外界環境干擾導致的誤報警立即加密人工監測，如自動化監測項目維持次/2h不變，可將人工監測項目頻率調至2次/d。

2.2建筑基坑半自動化監測的特點

相對于傳統的人工監測和自動化監測，半自動化監測具有以下特點：

（1）相對于傳統人工監測，半自動化監測技術可以借助上傳系統和網絡服務器云端，保證監測數據真實、及時、準確，而且一旦發現超出預警值范圍的測量數據，系統馬上報警，輔助工程技術人員做出正確的決策，及時采取相應的工程措施，整個反應過程比較快捷，真正做到“未雨綢繆，防患于未然”。

（2）相對于全自動化監測，采用半自動化監測技術，可以大幅減少成本的投入和技術人員的投入，同時也減小了對監測元器件的 安全保管風險。

（3）半自動化監測作為傳統人工監測和自動化監測的綜合產物，兼容自動化設備和元器件的數據接口和通訊接口，對日后實現全自動化監測將起巨大的推動作用。

（4）半自動化監測綜合了傳統人工監測和自動化監測的優點，下表為傳統人工監測、自動化監測和半自動化監測性能對比表。

表1 三種監測性能對比表

Table 1 Table three comparison of the performance of monitoring

基坑工程在施工中具有較大的風險性，半自動化監測系統能及時上傳相應監測數據，由云端服務器進行存儲和實時計算，監測人員根據結果進行評判，建議相應的工程措施指導施工，能有效減少工程工程失事概率，確保工程安全、順利的進行，有較大實際應用價值。

自動化監測技術作為安全監測的未來趨勢，有著不可替代的優勢，但鑒于目前推廣普及所面臨的經濟性等難題，尚不能得到全面快速應用，半自動化監測技術綜合了全自動化監測的及時、準確性和傳統人工監測的經濟性，有廣闊的應用前景和推廣價值。