基坑监测数据分析处理及预测预警系统研究

基坑监测数据分析处理及预测预警系统研究

张民

天津市大地海陆岩土工程技术开发有限公司，天津300384

摘要:随着我国经济的高速发展，城市高层建筑逐步增多，高层建筑对基坑施工的技术要求也越来越高。并且建筑工程还越来越多，这就无以避免地使土地资源得到更多地规划。与此同时人们开始更加重视地下资源的开发。地铁、地下商场这些都已经成了走进我们生活，业已实现的工程。但是我们在进行基坑工程的施工时仍然存在着很多隐患，也发生过很多事故，这就是使得对基坑监测数据的分析以及对其预测预警系统的探讨变得更加重要。

关键词：基坑；地下工程；监测数据分析；预测预警系统

随着施工技术的不断进步，基坑工程的数量和规模在不断增大，基坑监测的任务量和难度也随之提高，对施工方和监测方的安全监测提出了更高的管理要求。传统基坑监测信息管理绝大部分停留在文件管理模式下，处理速度慢，受人为干扰的影响大，且数据的查找和分析比较困难，已很难满足现代化基坑监测管理和分析的需求。

一、系统设计

1.系统实现功能。该数据处理系统分为8大模块：数据入库、数据查询、数据编辑、数据分析、结果导出、系统管理、预测预警、帮助模块。示意图如图1所示。

数据入库：可以接受txt文本和excel格式文件的数据源输入，也可以手工输入。系统将数据录入到数据库中。数据查询：系统可以按照工程名、分项名、分组名、期次、组号等多种方式组合查询，还可以根据最值或者范围查询。数据编辑：包括数据添加、数据修改和数据删除功能。数据分析：可根据原始数据计算结果数据，计算各种变化量，累计值，以及分析是否超出报警值。结果导出：可导出excel格式的各种结果表格和图表，格式规范统一。系统管理：包括数据备份和恢复、工程管理、系统设置、系统维护、报警值设置、用户客户管理。预测预警：根据多期已有数据结合设置的报警值预测未来数据。帮助模块：包括用户手册和数据格式范例。

2.系统特点。先进的系统架构。系统采用最主流的服务器和客户端结构，编程语言是面向对象的基于.NETFramework的设计语言，数据库采用结构化关系型数据库SQLServer，安全可靠的管理数据。多样且符合常用规则的数据处理方式。数据录入接受txt和xls格式的数据录入，文件内容格式符合常用规则如cass格式，所需输入的字段做到最少最有用的原则，与基坑监测中常用仪器的数据格式能够兼容。导出数据格式按照规范要求并结合常用格式生成结果文件，并可生成美观并能表达主要意义的图表。数据处理的速度较快，不会超时等待。强大的查询功能。系统的查询系统实现了多条件多项目的组合查询，即可单项查询也可多项查询，即可最值查询也可范围查询，即可局部查询也可整体查询，查询速度令人满意。能及时查看各监测值和变化量，及时反映基坑状态信息，方便决策。直观且清晰的数据显示。系统的所有数据显示均放在.NET控件DataGridView上，该控件能按照行列顺序显示数据，并可在界面上直接修改删除数据，界面友好，易于操作，能将最重要的监测信息反映出来。强大的信息收集和系统管理。系统设计多个模块用来存储用户信息、客户信息、人员管理、关联单位、工程概况等信息，将基坑建设当中遇到各种信息集成在系统里，方便查询。同时将日志管理、报表资料管理等功能用于系统管理，系统使用更加合理。安全的数据保护与恢复。在基坑工程进行中，产生了许多监测数据，这些数据被保存到数据库中，当操作软件将其删除时，如删除整个工程，则需要恢复备份。当一个用户将工程数据传送给另一个用户时只需要传送备份文件即可，无需传送整个工程数据，这样既安全又可靠。

二、系统的主要功能

1.GIS可视化。GIS可视化是系统的基础。系统的GIS图形平台是借鉴AutoCAD技术从底层开发的，采用图层管理方式，能够导入与监测项目有关的监测设施布置图、地质图、设计图等CAD图件，实现图形显示。这样可以充分利用基坑监测中现有的图形资源，此GIS图形平台还能实现基本的矢量图形输入、编辑、显示、漫游和缩放等操作，常用监测仪器、测点的符号编辑、管理等功能。在GIS图形平台上，可将一些图元定义为数据块，数据块可以和属性数据对象建立GIS关联，从而实现属性、数据和图形之间的双向可视化查询。根据监测对象定位其在图形上的位置；在图形上点击数据块，可查询其属性信息、监测数据，还可直接绘制该处监测点的过程、分布曲线。

2.数据库管理。系统的数据库按类别分成：勘察设计资料数据库、仪器档案信息数据库、监测数据库、地理信息数据库、施工进度数据库、日常档案数据库以及其他相关信息数据库等。其中监测数据库按功能分为属性信息数据库、监测信息数据库。这些数据库之间都通过关键字段建立了联系，是进行查询和深入数据分析的基础。数据库结构设计是系统的核心，为有效管理基坑监测对象的层次关系，设计了工程项目、断面、组、监测项目、测点等对象，采用树型列表的方式来描述和组织数据库，这样每个测点都有着明确的从属关系。对象都有其不同的属性，它们构成了属性数据库，建立了基坑监测点和监测项目之间以及各对象之间的从属关系，给管理和查询带来了方便。

3.监测数据录入与处理。基坑监测按监测对象可分为基坑围护体系和周围环境监测两大类，基坑围护体系主要有：围护墙体测斜、围护墙顶水平和垂直位移、支护结构裂缝、桩身应力、支撑轴力、地下水位、孔隙水压力、土压力、基坑回弹、深层土体垂直和水平位移等。周围环境监测主要有：建筑物沉降和倾斜、地下管线垂直和水平位移、地表土体沉降以及建筑物和周边道路裂缝等。该系统实现了大部分常见基坑监测项目的数据批量录入与整编功能，包括测斜、水平位移、沉降、分层沉降、桩身应力、支撑轴力、土压力、孔隙水压力、地下水位、基坑回弹、裂缝等监测项目，能够处理振弦式、差动电阻式等类型的传感器。系统按照基坑监测规程规范，对这些监测数据进行录入、处理，包括误差处理、可靠性检验、物理量转换等。其中桩身应力、支撑轴力和土压力监测数据整编可以直接调用仪器的率定数据进行计算。

4.监测数据分析预测。监测数据的定量分析模型直接建立原因量和效应量之间的映射关系，是一种非常重要的分析方法。恰当的模型能够在不需要复杂的数值模拟的情况下，较好地描述基坑施工过程中支护结构的响应以及周边影响范围内变形等的变化趋势。这是容易为现场施工人员所掌握的一种定量分析方法，监测人员能够依据模型做出监测量变化趋势预测，评价基坑的安全性。系统内实现了岩土工程监测中常用的模型，监测数据建模界面。

5.监测预警。警戒值是基坑施工时作为安全控制的一种强制性警示。它表示监测量达到警戒值时，提醒施工方注意，采取必要的防范措施进行控制，以保证工程结构和基坑周围环境安全。达到警戒值时，业主、设计、施工方要会同监测单位共同分析原因，采取有效的防范措施。同时，应增加监测频率，及时把监测数据报业主及有关部门，系统为各类监测项目提供了灵活多样的警戒指标，不同地区的基坑项目可根据实际需要设置警戒值，各类监测项目可分别设置警戒值，当监测值超过预设警戒值时，监测数据表格打开后会自动把超过警戒值的数据用红颜色标出，同时发出报警声音。基坑工程是施工的第一步，作为一个临时工程却尤为重要。而基坑的监测恰好也是基坑工程的第一步。我们中国自古就有欲盖高楼，先打好地基的说法。而形成一个高效的系统对于推进现代工程的自动化、信息化是一个很有意义的进步

参考资料：

[1]王海飙,杨海旭,张华.深基坑工程施工安全监测与预警[J].建筑技术.2010(03)

[2]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(04)