基坑工程远程自动化在线监测现状及发展趋势分析

基坑工程远程自动化在线监测现状及发展趋势分析

刘哲强刘井泉

机械工业勘察设计研究院有限公司西安710043

摘要：基坑工程远程自动化在线监测技术是集电子技术、通讯技术、计算机技术和工程测试技术为一体的高科技工程安全监测手段，可同时实现对远程监测数据的采集、传输、处理、分析及预警等综合信息管理。

关键词：基坑工程；远程自动化在线监测；发展趋势

1、前言

近年来，信息技术飞速发展，特别是以计算机信息技术及其应用系统在世界范围内的普及，使人们获取、交流和处理信息的手段发生了翻天覆地的变化，社会的信息化发展也给岩土工程监测信息化建设带来了新的机遇。

岩土工程自动化监测系统是当前国家建设行业信息化建设的一个重要方向，是体现岩土工程监测信息化深层价值的重要手段。同时随着社会的发展，岩土工程安全事故造成的危害性更加突显。安全监测作为工程管理必要的组成部分，建立先进的综合远程自动化在线监测系统成为实现岩土工程管理现代化的一个重要内容。

2、基坑工程自动化监测发展的现状

20世纪50年代以来，岩土工程领域逐步认识到大量围护结构安全事故多是因为地基及维护结构失稳引起的，边坡工程、地下工程的事故也是岩土体失稳所致，于是岩体稳定性分析与安全监控工作逐步受到重视。由于岩体性质复杂，岩土力学尚属半经验半理论的阶段，导致在时间与空间上对岩土工程的安全性做出准确的判断还有很大困难。因此通过稳定分析与安全监控有效解决这一问题，它可以保证工程的施工与运行安全，同时又可以验证与优化设计，从而提高整体设计水平。

20世纪70年代以后，依据不同工程类型及岩土工程设计要求，对监测内容及范围的确定、仪器的选型、监测元器件的布置及埋设技术、观测方法、观测资料的整理与分析等工作的研究逐步加深。

20世纪80年代以后，岩土工程设计与安全监测方法不断地改进，相继提出了一些考虑地质地貌条件、岩土地质特性、监测空间和时间连续性的要求等因素的安全监测布置原则和方法。

进入21世纪以来，运用监测理论及技术方法的领域越来越大，安全监测中数据处理、数据成果分析、安全预报系统不断完善，成为优化设计、施工质量控制、可靠度评价不可或缺的技术手段。

欧美发达国家对项目建设安全管理的要求高，资金投入大，加之人力成本逐年上升，因此更加趋向于采用新方法、新技术来降低管理成本，有效提高工作效率，因此远程自动化在线监测技术是他们的不二选择。

当前，基坑工程监测技术方面，我国已由过去的人工皮尺简易工具的监测手段过渡到仪器监测，现正在向自动化、高精度、远程在线监测系统发展。其特点是能够准确的利用仪器采集的数据进行分析，及时科学地指导施工，从而降低了安全监测风险，提高了管理运行效率。

目前，基坑工程远程自动化在线监测应用过程中呈现出以下几个特点:

（1）岩土工程自动化监测成本较高，这也是制约自动化监测发展的最大障碍。自动化监测系统由硬件和软件系统组成，硬件主要由各式传感器、数据采集系统、无线传输系统、终端硬件设施构成，整个硬件系统约占整个项目费用的60%～70%。

（2）目前90%以上的岩土工程仍采取传统人工方法监测，少部分采取了自动化与人工相结合的方式实现监测初步自动化，如实现了水平位移、沉降监测、支撑内力、钢支撑轴力、管线沉降、水位监测、建筑物沉降监测、深层水平位移监测等监测任务中的部分项目的自动化监测，没有充分整合各传感器数据集成问题，也缺少成熟的监测系统平台。

（3）目前市场上自动化监测系统硬件生产厂家繁多，性能参差不齐，部分硬件性能不够稳定，兼容性差，集成度低，如何挑选一型性能优异的硬件是做好自动化监测的前提条件；

（4）自动化监测设备易受施工的干扰和破坏。基坑工程一般建在城市中心、交通繁忙的道路上，场地空间狭小。加之基坑在施工过程中，各种机械设备来回移动，建筑材料搬运吊装，场地条件拥挤，施工条件较为复杂，给远程自动化在线监测设备的安装、保护及破坏后的及时恢复提出了很高的要求；

（5）相关标准与规范缺位，不能引领和适应新技术的发展。远程自动化在线监测系统涉及数据采集、数据处理及数据管理等相关子系统，数据采集和处理一般包括前端、传输和后台存储管理等三部分，目前尚未有统一的标准和规范出台为远程自动化在线监测系统正名。

（6）相关应用滞后。数字内容管理和智能技术的发展，给远程自动化在线监测系统的应用提供了广阔的空间，如对多媒体内容的搜索，可以更快速地对内容和时间进行定位。利用智能技术中的识别技术，按照用户的特许要求，监测指定对象的变化，动态获取被测对象的物理量包括应力应变、温度、荷载、湿度、倾斜度等数据。然而，这些都是单纯的技术功能，如何在安全监测领域用好这些先进的技术目前还相对滞后。

3、基坑远程自动化监测发展的趋势

基坑工程安全监测当前发展现状与研究方向主要有一下几点：

（1）安全监测涉及的领域不断扩大，对安全监控的认识更深入、更全面，安全监测技术的运用范围进一步扩大。结构安全风险与可靠性分析也逐渐展开，安全监控技术吸收了众多领域的先进成果，内容广泛而深入。

（2）资料分析日趋深入，在注重工作性状研究的同时，安全监测模型的研究得到普遍重视，数据处理向在线实时监测发展，更多地采用了数学模型技术。

（3）新的仪器不断涌现，一些常规方法得到改进，观测手段更丰富、更先进、更智能化，观测精度不断提高。

（4）监测系统设计则越来越重视以各种信息综合集成结果为基础的设计方法。近年来，监测系统已突显出远程、实时、非接触的特点。

（5）监测结果的分析对设计施工及运营管理决策的影响更加深入。基于监测信息对结构的安全性进行评估与预测，必要时采取控制措施是监测最根本的目的。

有专家预测自动化监测技术将在未来的3～5年内迎来最大的需求市场。据统计，监测自动化技术每年的需求量正以20%的速度上升，制造商、销售商、中间商也可对产品作进一步优化，如在功能、性能、可靠性和操作性方面发展实现多元智能化。

4、其经济及社会效应

①简化监测生产管理流程，提高生产效率，降低人工成本，为现场安全监管提供及时、有效、可靠的决策依据；

②实现了实时在线远程监测，监测数据不受人为调整而干扰，确保了监测数据的真实有效性；

③监测数据量大，并实现对海量监测数据进行有效管理，数据提取与分析更加便捷，同时结合工况及受力状况，利用岩土工程相关理论可以对变形机理进行分析，为后期同类工程建设积累经验，从而优化方案，节约成本，避免不必要的事故成本，为企业创造更多的经济及社会效益；

④推广应用前景广阔。自动化监测是岩土工程监测发展的趋势，但目前还存在一些急需解决的问题，如自动化监测成本高、易受现场施工干扰和破坏等。

5、结束语

传统的监测手段具有间断性、周期性，无法实时有效监控工程的安全状态，因此解决好任意时间、任意条件下的监测问题才能真正实现工程的安全生产。远程自动化在线监测技术实现了不需要或仅需要很少的人工干预就能达到较高的自动化水平，减少人为干扰因素和人为差错，提高生产效率，有力保证了监测数据的正确性和监测成果的可靠性。

参考文献

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[2]王美华,许志良,陈峰军,石江华,程子聪.自动化监测远程监控系统在基坑工程中的试验应用[J].建筑施工,2015,37(10):1223-1225.

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