深基坑施工质量安全监管系统的设计与应用

魏 然 陈 彦

(1.华中科技大学土木工程与力学学院,武汉 430074;

2.武汉市建筑工程质量监督站,武汉 430015)

深基坑施工质量安全监管系统的设计与应用

魏 然1陈 彦2

(1.华中科技大学土木工程与力学学院,武汉 430074;

2.武汉市建筑工程质量监督站,武汉 430015)

介绍了深基坑施工质量安全监管信息化的产生背景,提出了应用信息技术加强深基坑施工质量安全监管的基本途径和方法。在现代管理学原理、控制论、信息论的指导下,完成了对深基坑施工质量安全监管系统平台的总体设计与构建,对立足服务于政府相关行政监管机构及参建单位的系统结构、功能进行了规划设计。最后以武汉市建筑工程质量监督站为依托,讨论深基坑施工质量安全监管系统的开发实现和应用情况,总结了系统在应用中取得的效果。

深基坑施工;质量安全监管;管理系统

1 前言

深基坑工程是指开挖深度超过 5m(含 5m)或地下室三层以上(含三层),或深度虽未超过 5m(含5m),但地质条件和周围环境及地下管线极其复杂的工程。它是一项关系到社会公共安全、建筑工程质量安全以及和谐社会建设的系统工程,是城市建设领域的头号安全监控节点。随着城市建设步伐的日益加快,城市建设中高层及超高层建筑的大量涌现,城市中的深基坑工程数量越来越多,规模越来越大,技术复杂度越来越高,工期也越来越紧[1]。

以武汉市为例,近几年深基坑工程数量呈逐年增加的趋势,2008年已达 230项(图 1)。由于深基坑开挖的区域也就是将来地下结构施工的区域,甚至有时深基坑的支护结构还是地下永久结构的一部分,而地下结构的好坏又将直接影响到上部结构,所以,必须保证深基坑工程的质量,才能保证地下结构和上部结构的工程质量,创造一个良好的前提条件,进而保证整幢建筑物的工程质量。因此,深基坑施工亦成为质量安全隐患的重要防范领域。为了切实履行对人民的生命财产安全高度负责的庄严承诺,现有的深基坑工程施工质量安全监管方式和技术手段都亟待创新。

图 1 2002～2008年武汉市深基坑工程数量

2 动力机制分析

深基坑工程施工安全事故是由多种原因引起的,既有内在因素也有外在因素,涉及很多方面:随着我国经济的不断发展,工程将会越来越多,基坑深度会越来越深,从最初的 5～7m发展到目前最深已达 20m多,对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设必不可少的重要环节,每年的监测项目达到数千项,而产生的监测数据更为海量;由于工程施工技术方案与工艺流程复杂,不同的工法又有不同的适用条件,不经慎重评选而贸然采取某种方案、技术和设备势必会产生风险;工程所在区域的水文地质条件是经过漫长的地质年代形成的,经历了各种各样的自然和人为因素作用,其介质特性表现出很大的随机变异性。岩土体得水文地质参数十分离散、不确定,具有很高的空间变异性,这些复杂因素的存在给深基坑施工带来了巨大的风险;工程周边环境十分复杂,包括临近建筑物结构形式、基础类型、周边道路及周边管线等。在施工中可能对其造成破坏[2]。

为了保障深基坑工程施工质量安全,应建立明确、合理的安全责任体系,对深基坑工程施工质量安全进行事前、事中和事后监控管理。因此,应充分利用包括网络技术在内的信息处理工具,改造传统的深基坑工程施工质量安全监管工作,实现质量安全监管与信息技术的结合,构建深基坑施工质量安全监管系统,如图 2所示[3]。

图 2 构建深基坑施工质量安全监管系统的动力机制

3 系统结构设计

图 3 深基坑施工质量安全监管系统运行示意图

(1)基于传感器的自动监测系统

监测传感器布设在深基坑工地上,通过感应变形、位移等基坑变化,进行数据的自动实时采集并传到现场监测工况机,该设备通过 GPRS网络将数据同步发送到远程数据库中进行存贮,为深基坑施工质量安全监管系统提供实时、客观、稳定的基础监测数据。

(2)质量安全管理系统

质量安全管理系统部署在政府相关行政监管机构,从多个工点收集自动监测系统采集的数据;提供基于 Internet业务信息填报平台,确保现场监测人员填报人工采集的监测数据、参建单位填报的质量安全行为信息,风险源控制信息以及监管机构填报的质量安全监管记录。

由以上两个系统组成的深基坑施工质量安全监管系统可以提供政府监管部门、各参建单位之间的信息交流平台,提高资源共享水平,并能对监测、管理、监督信息进行分析和长期保存有效的服务,最终实现对深基坑施工监管的全面、准确、及时的管理和反馈。

4 系统功能设计

建筑工程质量监督管理系统的功能体系由建筑工程质量监督业务系统和质量信息接口系统两大部分构成。建筑工程质量监督业务系统主要是管理政府质量监督机构内部监督业务活动,整合外部接口系统提供的质量控制数据。

4.1 自动监测管理

自动监测数据是深基坑施工质量安全监测管理中的重要数据,直接反映监测的有效执行情况,并为安全形势分析和预警管理提供直接数据支持。利用该模块管理工地现场传感器和远程数据库的交互,可以实时、直观、高效地进行自动监测信息采集工作。

回顾90例2015年2月-2018年1月基底节区高血压脑出血患者根据手术方法分组。观察组男24例,女21例;年龄32-79岁,平均(55.02±2.41)岁。对照组男23例,女22例;年龄33-79岁,平均(55.41±2.02)岁。

4.2 监测预警管理

监测预警模块以施工现场提供自动采集和人工填报的监测数据为基础,通过集成测点信息、分析监测数据,可对监测方和自动化采集系统上报的监测数据进行存贮、对比和检验,通过对每个测点的四级预警(特级关注:红色预警,一级关注:橙色预警,二级关注:黄色预警,正常:绿色正常)判断反映该深基坑的变形位移情况。通过比对各深基坑工程监测预警信息,找出哪些工程监测预警数据较多,分析出行政监管机构的管控重点。

4.3 质安风险管理

参建单位根据施工方案上报基于深基坑施工工法的风险信息,行政监管机构对其进行审核后形成武汉市深基坑工程风险知识库;参建单位根据施工进度填报风险控制措施,行政监管机构通过审核风险控制措施,监管参建单位填报的安全报告;行政监管机构通过现场巡视,监督参建单位是否根据风险控制措施进行施工,实现从风险源头上进行监管的目的。

4.4 应急预案管理

参建单位填报安全应急预案,行政监管机构对其审核,形成全市的应急预案知识库。在出现相应事故时,各方在赶往现场的途中迅速调出应急预案,并按预案要求及时进行抢险救援的工作。

4.5 质安事故管理

施工现场单位或行政监管机构对现场发生的事故进行及时地填报,行政监管机构进行事故跟踪处理,并根据情况层层上报,经科长督办,领导批示,对事故进行及时而有效地处理。行政监管机构根据事故处理结果,进行相应的跟踪和分析,吸取教训,以便更好地监督其他深基坑工程。

4.6 政府监督管理

行政监管机构对日常巡视中的监督情况和发现的问题进行记录,根据深基坑工程施工情况,对有重大隐患的下发整改单、停工令,对改正合格的 下发复工令,参建方通过系统第一时间接收并及时整改。在深基坑工程完工后,组织各方进行深基坑评估验收。确保行政监管机构与参建单位实时监管互动,全过程记录跟踪检查情况。

4.7 质安总控中心

总控中心可以将各个工地的质量安全业务数据实时集成,并进行加工和分析,将整个地区内的深基坑工程质量安全状况反映到统一的平台中,从而便于各级领导在需要时查看所需的信息,及时地做出决策、采取行动和提供适当的报告,真正实现洞察一切、管理一切。

5 系统开发与应用

以武汉市建筑深基坑工程质量安全监管为背景,武汉市建筑工程质量监督站联合华中科技大学工程管理研究所共同开发实现了武汉市深基坑施工质量安全监管系统,目前为止该系统运行情况良好。针对武汉市建筑深基坑工程数量多、分布广,控制力度大,数据结构复杂,使用主体要求各异等特点,系统开发采用 JAVA语言,并采用稳定的 SQL Server数据库技术,基于 J2EE、Web Services等技术构建分布式多层结构;运用于平台无关的 JSON数据和 Socket通讯接口[4]进行传输和交互工作,实现业务模型资源与系统实现技术的分离,保证系统的技术无关性;同时采用 webGIS(地理信息系统)、视频监控技术、传感器(图 4)技术等,实践了系统既定的设计和构建思路,从应用层面解决了如何有效加强深基坑工程施工中的质量安全监管问题。

图 4 深基坑工地安装的沉降传感器和位移传感器

(1)深基坑工程地理分布形象显示。以空间数据和属性数据存储地理信息,并能对地理信息进行查询检索,如图 5所示。

(2)按月份、区域、安全等级、工程状态等多种条件统计质监站监管的深基坑工程。便于领导及时掌握武汉市深基坑施工的整体情况,如图 6所示。

(3)呈现深基坑工程的包括监督检查情况、监测预警信息、安全风险控制、应急预案信息等整体质量安全信息,如图 7所示。

(4)针对单个深基坑工程的监测情况自动判断预警状态并统计,从而全面、动态、直观的掌握深基坑工程安全现状,如图 8所示。

(5)各安全责任主体可以在系统中查询由自己负责的深基坑工程各类测点的趋势分析图,从而更加细致的掌握监测情况,如图9所示。

图 7 深基坑工程监测统计

6 结语

我国工程建设行政监管领域信息化、网络化建设正在稳步前进,部分行政监管机构已经建立了覆盖管理业务职能的计算机管理信息系统。利用信息技术强化政府对建设工程的监管,提高监督力度和水平,有效遏止工程质量安全隐患和事故的发生,是各级建设行政主管部门关注的一个焦点问题[5],信息技术的实施应用,使得建设监管工作纳入一个统一、有序的管理状态。

通过以上研究工作和系统的设计开发,武汉市深基坑施工质量安全监管系统于 2010年在武汉市建筑工程质量监督站投入使用,运行稳定,通过该系统达到了如下目标:

(1)提高武汉市深基坑工程施工质量安全监管水平。

(2)通过对深基坑工程施工质量安全监测数据的系统采集、分析与积累,对复杂深基坑设计方案进行检验与评价,为今后降低工程成本指标提供设计依据。

(3)系统科学地积累深基坑施工案例数据,为进一步构建科学的监控规范体系,设置合理的质量安全预警值提供数据基础。

(4)为利用先进信息技术支持建设工程项目现场安全施工、文明施工的监管提供有益的借鉴和指导。

[1]林鸣,徐伟.深基坑工程信息化施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]丁利锋.我国交通隧道工程及施工技术进展[J].硅谷,2010,(6):115.

[3]范斌,骆汉宾,周诚.武汉地铁工程建设安全预警系统的设计与应用[J].华中科技大学学报(城市科学版),2010,27(1):80.

[4]孙卫琴.Java网络编程精解[M].北京:电子工业出版社,2009.

[5]包晓敏.试论建设工程质量监督管理信息网络建设[J].科技咨询导报,2006,(9):13-15.

Design and Application ofQuality and Safety Supervision Syste m in the Construction of Deep Excavation Engineering

WeiRan1,Chen Yan2

(1.School of Civil Engineering and Mechanics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;2.Quality Supervision Station of Construction Project,Wuhan430015,China)

The article introduces the background of info rm atization in quality and safety Supervision of deep excavation engineering.This study suggests applying infor mation technology as a basic approach andm ethod toQual-i ty and Safety Supervision System in Deep Excavation Engineering(QSSSDEE).Based on theModernManagement Principles,ControlTheory and Info rmation Theory,this study fulfills the fra m ework design forQSSSDEE,and designs the system ic structures and functions to service government supervision organizations and construction units.In the end,according toWuhanQuality Supervision Station of Construction Projec,t the authors presents a discussion on the development realization process,function syste m,application ofQSSSDEE,and su mmarizes the effects in the application of the system.

Deep Excavation Engineering;Quality and Safety Supervision;Manage m ent System

TU753;F273

A

1674-7461(2011)02-0045-06

魏然(1981-),男,工程师,项目经理,硕士研究生。主要研究方向:项目管理。