自动化监测在城市深大基坑监测工程中的应用研究

逯焕波，陈昌师，刘俊生

（南京市测绘勘察研究院股份有限公司，南京210019）

1 引言

如今城市发展对地下空间的利用越来越多，基坑工程的安全进行面临着越来越大的挑战。基坑监测数据作为基坑工程的“体温表”，可以反映基坑的安全或者隐患状态。传统的基坑监测呈现低端劳务、数据不准确、反馈不及时等特点，已不能满足目前深大基坑施工监测的要求[1]。近年来，伴随着计算机及网络技术的发展，自动化监测技术产生并开始应用到工程实际。自动化监测技术具有误差小、人力成本低、反馈及时等优点，因此，引起了越来越多的关注[2]。某文研究了本公司自动化监测系统在南京某深大基坑利用的可能性，对过程中遇到的问题进行了总结探讨，对加快基坑自动化监测系统的优化完善具有重要的指导作用。

2 自动化系统的组成

2.1 无线传输装置

该自动机监测系统采用ACS04100 GPRS DTU 低功耗GPRS 无线传输装置。该装置可以在远程遥测终端和数据中心之间建立透明传输通道，实现二者之间的数据交换。

2.2 数据采集装置

该自动化监测系统采用NWA3711 型数字量式无线采集适配器，该设备是一种采用ZIGBEE@DIGIMESH 无线通信技术的智能化无线数据采集装置，是一款集信号采集和无线传输一体化的测量装置，该装置可与无线通信管理单元和其他类型无线采集装置方便地构建无线自动化测量系统。

2.3 数据处理系统

该监测系统数据处理采用DSIMS 4.0 安全信息管理系统，其支持数据库SQL Server 和Oracle 11。DSIMS 4.0 安全信息管理系统能完成系统资源的创建、使用、修改、删除，可以定制模板输出、条件过滤输出及输出风格，可以完成数据的整理和输出，离线分析系统的建模、分析评估和人工巡查信息查询。

3 监测项目及设备安装

3.1 周边建筑物沉降

周边建筑沉降监测采用NYC3000 型液压沉降仪测量，该装置主要由液压沉降测量传感器、储液罐、Φ8mm 通液管、Φ8mm 通气管、干燥管、采集模块组成。传感器内置高精度微压传感器，通过测量被监测点相对于储液罐或基准点的压力变化来获取被监测点的沉降或抬升。测量数据可通过GPRS通信技术上传至数据库，供实时查看。

3.2 深层土体水平位移

深层土体水平位移的监测采用NJX1 型串联杆式固定测斜仪。该测斜仪通过串联的方式安装在测斜管内，每支仪器随监测对象产生的相对倾斜，由仪器内的测斜敏感元件感应倾斜变化，输出与倾斜变化相对应的信号，通过换算计算出处仪器两端的相对位移，再累加得出总的位移量和沿管轴线整个孔位的变化情况。每个测斜孔对应一个数据采集模块，可将监测数据及时上传至数据库。

3.3 坑外地下水位

坑外地下水位监测采用MAS-KY 型振弦式水压计。安装时将水位计传感器固定在观测井里，标记好初始高程并进行现场调试。现场各个水位计测量数据会无线传输至现场固定中继站，然后通过GPRS 技术发送至总数据库供后台查看。

3.4 支撑轴力

支撑轴力的监测元件同传统人工监测一样，采用GJJ 型振弦式钢筋计。不同于传统的采用测读仪读取，自动化轴力监测只需将引出的导线连接至数据采集箱，采集到的数据便可实时发送至服务器供分析使用。可根据实际情况在基坑不同位置设置多个数据采集箱。

4 监测过程中面临问题

该自动化监测系统正在运行，与此同时，对一些监测项目采取了人工测量，目前通过对比二者监测数据，得出该自动化监测系统可以运用到城市深大基坑监测过程中。但在该监测系统实施整个过程中遇到了一些问题，在此总结并做简单分析，今后需要做进一步的研究探讨。

1）在采用液压式沉降仪监测房屋沉降时，联通水管一般采用的是蒸馏水，这样可以减少气泡的产生，降低误差。但是冬季室外温度较低，蒸馏水会结冰，直接影响监测数据的正确性。虽然可以选取硅油或者加入防冻液的蒸馏水解决该情况，但是对于不同密度的液体在成果计算时就要考虑参数的设置，此外测量的精度、误差也会因此受到影响。对此，今后还需做进一步的研究。

2）在基坑自动化监测项目中，由于固定式测斜成本太高，深层土体水平位移监测很难实现全部自动化。此外，基坑工程场地复杂程度不一，作业环境较差，自动化监测系统并不一定可以覆盖所有的监测项目，即自动化监测要考虑到监测重点难点及监测元件安装的可行性，在一些工程中往往需要以自动化监测为主，人工监测为辅。

3）自动化监测系统数据处理模块、无线传输设施及一些传感器在项目结束后可回收继续使用。但是如果在监测过程中不加以保护，运行设备受到破坏，一方面会影响当时监测数据的准确性，另一方面也会影响其使用寿命及质量。因此，为了尽可能地降低自动化监测的成本，提高自动化监测的连续性，要做好自动化监测系统硬件设备的保护，增加设备维护的人员投入，项目结束要及时完成设备的回收检修。

5 结论及展望

1）该自动化监测系统由传感器元件、数据采集模块、数据传输模块、数据库及用户服务平台组成，可以在深大基坑监测中实现对建筑物沉降、支撑轴力、地下水位、深层土体水平位移及时有效的监测，节省了大量人工成本，具有可视化和集成化等优点。

2）伴随着5G 时代的来临，大数据、人工智能等技术会被逐渐应用到工程监测中。目前，建立在BIM、InSAR、3D 激光扫描、AI 等技术方面的监测手段会逐渐优化完善并实现在工程中的广泛使用，因此，基坑监测未来面对着无限的机遇，需要对各行各业的技术资源进行整合，为实现基坑监测的智能化贡献力量。