民用建筑沉降监测与预报方法应用研究

闫岩 孙雅璐

摘要：近年来我国的民用建筑取得了显著的发展，在此基础上，民用建筑的安全问题受到了各方的重视。考虑到各地的地质条件有所差异，因此如果开发一套通用的民用建筑沉降监测与预报方法，就显得尤为重要。本文尝试提出民用建筑沉降监测的有效方法，从而对民用建筑的建筑安全具备一定的参考价值。

关键词：民用建筑;沉降监测;预报方法;有限元软件分析;大數据处理;

引言

近年来，我国对于民用建筑的沉降监测系统的研究取得了较大的进展，并且研究的方向也发生了一定的变化，逐渐从传统的建筑领域向软件和信息化的方向进行演变。通过相关监测软件的开发与利用，能够有效提高建筑沉降监测的效果与效率。进行沉降监测能够及时发现建筑物的潜在安全问题，最大化确保建筑物的安全水平。这就要求在沉降的监测过程中，合理开发监测线路，选择最适宜的监测方案，从而促进民用建筑的高速发展。

一、民用建筑沉降监测的目的与内容

（一） 沉降监测与大数据处理

民用建筑的定义就是为人类提供居住场所和公共活动场所的相关建筑，需要确保建筑具备较好的安全性。正是基于此，对民用建筑的沉降监测技术应运而生。民用建筑沉降监测的目的是：通过对建筑物的沉降情况进行监测，来保证建筑物符合正常的运营使用要求，确保业主的生命和财产安全。除此之外，沉降监测还能够记录大量的实际数据，有助于提高今后建筑物设计的技术水平，为今后相关建筑的开发积累真实的资料。通过对收集到的数据进行处理与分析，也有助于相关专家深入研究民用建筑变形的具体原因和未来的建筑物变形预测，尤其是最近几年，随着互联网与大数据的发展，通过对大量重大工程的海量数据的筛选与分析，可以将以往更多靠工程经验的地下工程项目进行数据化展示和精细化设计。

（二） 沉降监测的内容

民用建筑进行沉降监测的主要方法就是精密水准测量，通过进行高精度精密水准测量网的布设来开展建筑物的沉降监测。在沉降监测的初始阶段，首先要对监测的方案进行推定，根据建筑物的结构性质来确定监测的精度要求，在此基础上确定仪器的型号，再来进行观测点位的布设。随后，就需要对各项数据进行监测。考虑到刚开始的监测比较繁琐，并且各传感器的计量单位并不统一，这就需要首先对各项数据进行收集与预处理，同时完成各类监测设备的系统误差校验。最后就是需要根据沉降的预测目的来进行数学模型的选择，从而完成整个沉降监测项目。

二、民用建筑沉降监测与预报的具体过程

（一）基于大数据系统筛析的方法确定沉降监测的基准点和监测点

要想做好民用建筑沉降监测的应用，那么首先就需要合理选择沉降的监测点。沉降监测点又分为基准点、工作基点和沉降监测点这三大类。基准点是整个系统的位置基准，为系统提供起算数据，整个系统的数据处理都需要参考这个位置基准，所以对基准点的选择要非常慎重，通常基准点都会选择在建筑沉降和变形影响范围之外，要尽可能保证基准点可以长期地进行稳定保存。具体来说，基准点至少要选择三个，以近似等边三角形的形式进行布置。除此之外，基准点的位置选择最好可以用设备直接监测到，不需要转站，从而确保基准点的位置精度。

而工作基点可以算作基准点与沉降监测点的连接点，工作基点也需要较为稳定，避免工作基点的位置发生沉降。当然，如果建筑物主体规模不大，那么附近50米到100米的范围内就可以之间选择基准点，而不需要选择起枢纽作用的工作基点，通过基准点和沉降监测点共同完成建筑沉降的监测工作。

沉降监测点是直接反映民用建筑沉降状况的一种监测点，其位置数据能够直接反馈建筑物的沉降状态。这就要求相关人员要充分考虑实际的建筑结构与当地的地质条件、环境因素，对沉降监测点进行慎重选择，尽可能选择最能体现建筑沉降的位置作为沉降监测点。在实际应用过程中，沉降监测点往往为建筑物四角和地质条件差异大的位置，建议可以将地勘报告中的详细参数输入有限元模型，依托目前国内流行的有限云分析方法和大数据筛选方法，精细化的分析场地环境，确认沉降监测点。

（二）架设沉降监测网

在完成基准点、工作基点、沉降监测点的选择之后，就需要架设相关的管线来将这些点进行依次的连接，从而完成沉降监测网的架设。一般民用建筑的沉降监测网通常采用用多节点闭合的水准网进行架设，在进行架设的过程中，要确保监测网具备较高的精度，较高的可靠性，较低的成本和较高的灵敏度。要在确保精度要求的前提下，进行合理的布网，减少观测点的数量，同时系统要具备发现和剔除粗差的能力。

首先，可以将参考点和工作基点共同组成基准网，来进行一等或二等水平的测量工作。基准网一般是闭合的水准网，能够根据一定的周期来对网点稳定性进行自检。一般会选择三个呈等边三角形的基准点或四个呈四边形的基准点进行网络架设，在完成主体框架搭建之后，再接入各个工作基点，整个网络要保持通视。要有至少三个符合要求的基准点，这些基准点也是建筑沉降监测的起算点。对于规模较大的建筑物或者高层建筑，要酌情增加基准点个数。

（三）沉降数据观测

在完成监测网络架设之后，就要对沉降的数据进行观测与处理。在日常的观测的过程中，可以根据施工要求来确定精度。例如，常见的中高层民用建筑，采用二级沉降观测标准进行整套系统的搭建，就可以满足观测的要求。为了确保数据的准确性，可以通过同一个水准仪来进行误差测量与校准，通过定期的仪器检测来确保系统的正常运行。考虑到在建筑物进行施工的过程中，载荷的频繁变化更能够影响沉降，这就要求相关单位要提高施工期间的沉降观测频率，以每加盖两层楼观测一次的频率为佳。当然，在施工结束后也要严格进行复测。

对于普通民用建筑来说，沉降的标准速度应不超过0.04毫米/天，这表示建筑的沉降速率已经达到稳定。在观测限差符合要求的基础上，可以通过Excel等数据统计软件来进行数据平差处理，从而提高检测效果的可信度，有利于对建筑的沉降趋势进行预测。

（四） 沉降预报方法

建筑物施工和运营阶段都会产生一定的沉降，而沉降是导致建筑物变形发生的重要原因。这其中有地质勘察不合格的因素，还有风力引起附加荷载的因素，除此之外，地下水位升降也有可能扰动地基，让建筑物产生一定的形变。经过日积月累，形变可能会达到非常夸张的程度，不仅使建筑物不再符合初期的设计要求，还可能对业主的生命和财产安全造成影响。这就要求在建筑沉降监测的过程中，还要对建筑物的沉降趋势进行预报，从而准确判断建筑物的状态和预计使用年限。

要预报建筑沉降就需要引入相关的数学模型，准确反映变形量与变形因子之间的关系，进而利于沉降原因的分析。一般来说，如果建筑物的部分沉降监测点与其他沉降监测点的位移基本一致，那么就可以基于平均沉降量进行数学模型的建立。而如果某个沉降监测点的位移状况特别特殊，那么需要将该沉降观测点与其他点进行区分来建立数学模型。

总结：总而言之，本文以建筑安全为前提，介绍了一种依托于大数据平台和有限元分析软件的民用建筑沉降监测和沉降预报的总体步骤与布置方法。在进行沉降监测网布设的过程中，需要参考建筑的实际情况进行精度的确定。而开始观测后，需要从路线、仪器和模型的角度来最大限度地减小偶然误差，从而提高观测可靠性。希望上述分析能够为我国建筑沉降监测领域研究贡献一份力量。

参考文献：

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