基坑监测预警系统的设计与应用

徐彦锋

【摘要】本章主要介绍预警系统设计的主要目标、架构、功能实现等内容，并就具体工程展示预警系统的实际应用效果。

【关键词】基坑监测预警系统，预警，管理

1 系统设计的总目标

本系统建设的总目标是借助物联网、数据仓库和数字建模等信息技术，建设一个覆盖范围较广泛的基坑安全监测预警系统。该预警系统将对所应用工程的基坑支护结构及周边建筑物、管线位移等进行实时监控并将监测结果进行预警和报警，及时以短信的形式将报警结果发给相关建设方、安全监督机构和建设行政主管部门，并追踪有关监测报警处理情况，使监测结果反馈更具时效性，以便及时采取相应措施，提高险情处理的效率，真正达到防灾减灾。

预警系统建设完成后，将大幅度提高地下工程和深基坑安全质量管理工作的效率和力度，从而实现安全质量管理从被动监控向主动监控、事后处理向事前预防的双转变，确保各责任主体（包括建设单位、承建单位、设计单位、监理单位、施工单位等）的安全质量行为切实可控，在地下工程和深基坑工程建设领域真正实现工程安全质量齐抓共管的局面。

2 系统架构设计

系统的架构旨在为目标和功能技术之间搭建起一座桥梁，好的架构可以有效的实现总目标的各项要求。根据本系统的总体目标要求，本系统的架构主要包含有：机构管理、监测管理、实时监控管理、监督管理、系统管理五个功能模块和数据自动采集客户端。

（1）机构管理：监测机构进行各自的机构信息、人员信息、设备信息登记；登记完成后，主管部门对各机构的机构信息、人员信息、设备信息查询及行为管理，行为管理包括在线查询、实时报警查询、采集异常查询、设备超期查询与设备超期预警功能。

（2）监测管理：监测机构对监测的工程信息进行工程项目登记，包括监测方案上传、测点信息登记；巡检记录登记、简报登记；基坑地理位置查询、原始数据查询；工程报警及报警短信发送。

（3）实时监控：主管部门监控整体的基坑现行情况，可按安监站、监测时间进行查询。主要内容有：安全状态（当前状态与历史状态）、工程名称、工程地点、地理分布、监测情况及处理情况。

（4）监督管理：实现报警未处理、报警处理中、报告已处理三个状态统计各工程数量，每个状态进行分类统计，点击可查看相关工程信息内容及监测情况。

（5）系统管理：实现各用户体系的人员管理、权限管理等内容，包括监测项目配置管理、短信发送配置管理和常用下载。

（6）自动采集：监测仪器数据格式及端口传输模式的转化，实现数据的自动抓取。

3 系统流程

本系统以工程安全管理为主线，由监测机构登记工程，通过监测设备进行数据的采集和上传，系统对上传的原始数据实时处理，运用数学模型和回归分析、差异分析等數理方法对采集的各类监测数据进行数字化建模分析，形成各类变化曲线图形，分析工程所处的安全状态。根据报警功能，对问题工程进行追踪处理，落实建设各方及监管部门的工作责任。具体业务流程如下图：

图2 系统总体业务流程图

4 系统的主要功能

基于系统的建设目标、架构和业务流程，该系统所具备的主要功能如下：

表1 预警系统各业务功能模块

业务功能模块 功能描述

监测平台 监测管理 1） 工程项目管理：工程概况、工程地理位置、监测方案；

2） 监测仪器自动采集数据端口改造；

3） 监测数据自动采集，实时传输；

4） 巡检记录填报、上传现场照片；

数据分析 1） 对自动上传的原始数据进行分析；

2） 自动生成变化曲线和各种图表；

实时监控 1） 对在建工程的实时监督和控制；

2） 随时抽查辖区内工程的实时状况；

3） 随时抽查辖区内巡检记录，实时掌握工程施工进度；

报警平台 1） 超出规范值的数据进行报警，确定报警级别；

2） 依据报警的级别，自动匹配实时发送报警手机短信；

3） 自动弹出报警工程名称及具体地理位置，实时记录在案；

问题追踪平台 1） 记录工程及报警问题；

2） 报警问题整改方案及落实措施；

3） 报警问题的追踪处理；

4） 报警问题处理完结，解除警报；

行政监管平台 1） 监测机构的行为管理；

2） 监测机构的能力和资质管理；

3） 监督各方责任主体的安全质量行为；

系统管理平台 1） 安全监督机构管理：监督员管理、权限管理；

2） 监测机构管理：人员管理、设备管理；

3） 系统设置、数据备份、权限分配。

5 预警系统的应用工程实例

2013年4月，广州市城乡建委发布《关于启用地下工程及深基坑安全监测信息管理系统的通知》（穗建质[2013]601号）”文件。截止到目前为止，全广州市446个基坑工程纳入该系统管理，全市30余家建设主管部门和安全监督机构、51家安全监测单位正在使用。

5.1 工程概况

拟建环球大厦项目位于广州市越秀区德政南路西侧，主体结构为框架剪力墙结构，主楼地上28层，地下4层（地下室埋深14.55m），建筑总高度99.60m。建筑基坑周长约270m，占地面积5098.5㎡，开挖深度15.25m，采用地下连续墙+三道钢筋混凝土内支撑支护形式外加高压旋喷桩止水。本基坑附近建筑物有幼儿园，多数为住宅民房，基坑安全等级为一级。

5. 2 监测项目

基坑支护结构监测项目：基坑顶部水平位移、基坑顶部沉降、支撑轴力、深层水平位移；

基坑周边环境监测项目：地下水位、周边建筑物沉降。

5.3 基坑预警情况

该工程于2013年3月初开始挖土施工，系统于7月8日2次自动发出报警短信，如下：

【广州城建】监测报警通知：2013-07-8 15：00：10贸易大楼（环球大厦）后续工程/支撑轴力ZC5监测点支撑轴力为7888kN，超过控制值（6230kN），请现场予以确认并处理，预防事故发生。

【广州城建】监测报警通知：2013-07-8 17：47：12贸易大楼（环球大厦）后续工程/支撑轴力ZC5监测点支撑轴力为8032kN，超过控制值（6230kN），请现场予以确认并处理，预防事故发生。

图3 报警部位示意图

5.4 报警原因分析及事故处理

（1）巡检图片

a.支撑梁上堆载 b.支撑梁贯通裂缝解剖

图4 现场巡检记录图片

（2）报警原因分析

7月9日，政府主管部门、相关专家及有关单位赶赴现场，对本次事故原因达成以下共识：

a.首层支撑的腰梁未能闭合，使本來受平面应力的基坑侧壁的受力状况变得复杂化；

b.基坑场地受限，基坑边堆载大量钢管、木方等施工材料。

c.因场地狭小原因，施工单位预留基坑中部作为出土平台，致使ZC5旁边的两道支撑未能及时浇筑，ZC5几乎承担了近40米长度范围的侧向压力。

d.施工单位为打开出土车进出通道， ZC5下对应位置的支撑未能及时浇筑，超挖近3米。

e.报警期间正值广州雨季，开挖深度处土体为松软的粉土，经雨水浸泡土体强度大幅下降，致使开挖面以下基坑内的土体抵抗变形的能力进一步减弱，加大了ZC5的受荷。

（3）报警事故处理

经与会专家讨论、设计单位复核并结合施工现场情况，本次报警需采取的处理措施如下：

a.加快浇筑完成第一道支撑系统的闭合工作，使该支撑系统形成完整的受力体系。

b.严格按照报审的施工方案施工，严禁抢挖、超挖现象。

c.现场基坑内土体回填反压，并压实。

d.施工单位做好应急救援准备，现场备设钢支撑及相应应急人员。

e.业主重新组织施工单位搭建临时施工平台，解决出土通道问题，不能以开辟出土通道来牺牲支撑的及时浇筑。

f.监测单位加大监测频率，直至数据稳定。

6 结语

本文针对传统监测技术方面的不足，从监测技术和管理手段两方面着手改进，通过开发数据采集客户端作为辅助程序，实现了数据的自动采集并直接传输至监测系统进行数据运算、分析，保证了采集数据的真实性；通过创新一系列管理方法和手段，实现了数据信息的高速传递，使基坑安全监测监管行为由过去的被动监管向主动监管，事后处理向事前预防和过程控制的双转变。

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