基坑施工全过程安全信息化管控策略

程子聪

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

伴随着基坑工程开挖难度大，环控要求严的发展趋势，对现场第三方监测和施工监测的精确性和及时性提出了更高的要求。然而目前我国在监测方法和监测数据应用方面仍然采用传统的人工监测—绘制曲线分析—超限报警—纸质文件递交方式。这种管控方式简单易于操作，但存在数据可信度差，隐患难以及时发现的缺点。有时候即使发现安全问题，由于数据处理慢、反馈层级多等缺陷，施工方难以及时实施安全措施加以规避。因此，对于越来越高的基坑安全管控需求，采用更加高效安全的管控手段是未来的发展趋势。

近几年来，随着计算机软硬件性能的不断提高，信息化技术、BIM三维建模技术的迅速发展，通过搭建信息化管控平台实现远程安全管控已经成为科研热点，在不少项目上得到应用。刘瑢[1]对预警系统的建立、预警指标的确定、预测方法的选择等进行了理论和实践研究，提出了针对监测数据的灰色模型组预测方法；吴振君等[2]开发了基于GIS的分布式基坑监测预警系统，实现了多基坑数据的存储、分析和预警；王海飙等[3]在某电子大厦基坑项目进行水平位移、沉降及周边建筑信息化管控时，建立了平台进行安全预警；徐杨青等[4]采用C语言开发了一套数据监控系统，实现了各类监测数据的分类管理和美观展示。然而，由于科研目标和现场需求的匹配性存在一定差异，目前信息化管控方法的研究和落地应用存在以下不足。

1）和现场需求存在差距。相对于通过平台查看数据，现场管理人员更关心如何应用监测数据进行高效率安全管理。目前这方面研究关注度较少，而这恰恰是监测数据应用价值的体现。

2）流程管控有缺失。目前信息化管控普遍重视信息收集和分析，但对于数据报警及后续处理方面目前仍然依靠人工管理，整个监管体系具有明显漏洞。

3）便捷性不够。各类监管手段往往追求功能齐全，功能的体现需要现场提供大量资料。各类数据获取和分析需要耗费大量人力物力进行维护，现场应用体验较差。

因此，通过信息化手段对现场管控方法进行改良提升，通过分工责任建立集开工准备、数据采集、信息分析、报警反馈、事件处理于一体的基坑信息化管控策略，可大幅提高现场数据应用效率，促进深基坑施工安全风险的专业化、信息化、智能化管控水平。

1 施工全过程安全信息化管控策略

1.1 管控目标

将信息化管控手段融入现场安全管控方法，基于信息化管控平台，实现信息快速收集、数据智能分析、风险及时识别、处置迅速落实。加快风险识别和处置速度，确保基坑安全稳定。

1.2 信息化管控构架

基坑信息化管控分为3个层级：系统层、资源层、应用层。各层级的管控内容如图1所示。

图1 信息化管控构架及内容

1.3 信息化管控优势

相对于传统人工监测—纸质资料递交的现场安全管控方式，信息化管控方法具有以下优势。

1）安全管控高效化。数据采集、曲线绘制、报警生成等通过平台自动实现，减少人工采集、数据处理的时间。

2）信息获取便捷化。监测数据、巡查信息、测点报警信息无需翻阅纸质报表，通过平台直接查看。

3）事件处理闭合化。报警事件发生、响应、处置、审核闭合化处理，可设置解决事件期限和处理流程，避免了报警事件的不作为。

2 基坑安全信息化管控流程及要点

基坑安全信息化管控流程包括前期准备、日常数据录入、数据分析查看、智能报警反馈、事件处理。

2.1 前期准备

包括工点设置和项目信息初始化工作。对于需要开展监测管理的项目，总承包单位或施工单位应当在项目开工前一个月通知平台建设人员新设项目工点，并设置专人作为平台数据录入人员，在开工前完成项目初始化工作。项目初始化工作包括工程概况信息、基坑基本信息、监测项目信息（包括布点图）的录入。

工程概况信息：项目基本情况、地理位置、工程参与方、项目效果图、项目开工时间和预计结束时间。

基坑基本信息：开挖深度、开挖面积、土质情况等。

监测信息：监测类型、监测点位、测点布置图、监测报警值设定等。

2.2 日常信息录入

日常信息包括监测数据、安全巡检信息和工况信息。

监测数据信息：施工过程中的工况信息、监测点信息及监测数据信息由总承包单位或施工单位及时录入。方法包括Excel每日监测报表导入和自动化传感器直接传输。

安全巡检信息：总承包单位或施工单位现场巡查发现异常情况，应当及时将违规或异常信息通过手机以照片、文字形式上传平台。

工况信息：总承包单位将每日工作进度根据内置表单格式填入系统。

2.3 数据分析和展示

各类信息通过平台进行分类存档展示。管理人员通过平台查看每日监测数据和安全巡检信息。授权人员可直接根据监测数据进行人工报警。

2.4 报警反馈

根据监测数据和巡检结果，建立多级报警机制，根据级别不同实施不同风险处理方法（表1）。

表1 多级报警评定标准

低风险处理方案：施工单位自行召开技术会议解决，将解决方案上传平台，由监理和业主审核。

中风险处理方案：联系业主召开技术会议，关联单位参与，共同提出解决方案。将解决方案、解决过程现场状况上传平台，由监理和业主方审核。

高风险处理方案：联系业主召开技术会议，关联单位参与，共同提出解决方案，联系专家审核方案。将解决方案、解决过程现场状况上传平台，由监理和业主方审核。

当符合以下情况之一时，平台报警等级自动升级：

1）当数据报警或异常事件在3 d内没有得到响应。

2）当事件处理时间达到2周。

3）事件处理过程中监测数据持续恶化。

4）周边环境出现裂缝、明显隆沉且迅速发展，具有发生事故的预兆。

2.5 事件处理

基于平台，建立“发起—响应—审核—完结”的风险事件处理闭环化管控方法。

1）报警发起。监测数据超标时系统自动发起报警事件，向内置的处理人发送报警信息。系统也支持授权人主动发起报警事件。

2）专人响应。处理人收到报警信息后通过平台确认事件，然后于3 d内进行解决。事件解决完成后提交照片、文本资料等作为旁证材料。

3）多级审核。责任人提交材料后，平台自动将信息发送至监理和业主方。监理和业主方按先后流程进行审核。

4）事件闭合。监理和业主方审核通过后，系统自动闭合事件。

3 实际工程应用

3.1 工程背景

景湖路及地下空间工程位于浙江省嘉兴市，北侧为拟建景湖路，南侧为拟建人才公寓，西侧为规划新南湖路，东侧为已建纺工路。

地下空间共享工程基坑挖深最大为8 m，基坑总周长约684 m，总面积约5 916 m2。基抗围护基本采用SMW工法桩＋一/二道钢支撑（局部为混凝土撑）作为围护结构。

3.2 信息化管控必要性

本项目虽然开挖深度一般，并不属于常规意义上超深基坑，但由于以下原因，最后决定采用信息化管控手段进行精细化管理。

1）严苛的环控要求。本项目东侧紧邻已建的纺工路，道路边线和基坑红线最小间距不到3 m。纺工路为嘉兴市中心道路，现有交通流量大，两侧埋设多条地下管线，周边密布商业店铺。因此需要快速获取监测数据，实现风险的及时发现，并有效规避。

2）信息扁平化传输要求。本项目由于办公区域面积有限，部分管理人员办公地点和项目地点距离较远，无法直接现场管控，需要高效率扁平化信息传递方式来及时获取现场信息。

3）紧张的项目进度要求。本项目开工时间为2021年1月20日，整体施工完成节点为2021年6月30日，其中基坑施工必须于5月1日前完成。受春节影响，实际施工时间不到90 d。只有通过信息化管理实现工程信息的及时获取，快速反馈才能满足本项目进度管理要求。

3.3 管控内容和功能

本项目通过搭设的信息化管控平台，对施工工况、监测数据等进行全方面信息化管理，具体包括以下内容。

3.3.1 监测数据专业化分析

本项目监测管理内容包括坑基外地表沉降、基坑外水位、支撑轴力、围护顶部位移、围护深层水平位移、周边建筑物竖向位移和地下管线位移。

根据项目实际监测内容，将人工上传或自动上传的监测数据进行分析计算（图2），并通过自定义曲线（图3）进行直观展示。

图2 监测数据管理

图3 自定义曲线绘制

监测信息的智能处理将原先单纯数字通过图表进行专业化分析，有助于管理人员快速了解基坑安全现状。

3.3.2 项目工况可视化管理

为了直观展现施工工况，本项目采用了BIM模型进行工况管理（图4）。将BIM模型各构件和施工工况信息进行一对一关联，通过模型操作动态模拟当前施工状态，演示历史施工过程。

图4 三维工况展示

当前施工进度模拟：通过显示/隐藏BIM模型各构件，方便管理人员直观地了解目前基坑施工状态。

演示历史施工过程：各施工工况通过日历表形式进行记录，可通过日期查询直接获取当日施工工况内容。

3.3.3 风险智能预警根据监测方案，对本工程所有监测项目进行2级报警设置（表2）。通过后台配置的责任人联系方式，直接短信通知相关责任人。系统自动记录报警信息并汇总展示。

风险预警功能从根本上解决了常规监测信息传递不及时，风险发现滞后的缺点，帮助现场负责人第一时间了解目前基坑施工的风险点，及时采取措施进行安全管控。

3.3.4 报表自动化制作

为了提高监测工作效率，降低监测人员工作量，本项目监测报表和总结报告均依靠信息化系统辅助生成。

基于内置的多种表单格式，系统可主动筛选并自动填写相关监测数据，智能绘制各测点变形曲线和时程曲线。监测人员仅需要确认报表中需要分析的监测类别即可快速制作报表。

报表自动化制作大幅度降低了监测人员报表制作工作量，将原先1 h以上的工作量降低到10 min左右的工作量，数据的准确性也得到了保证。

3.4 实际应用统计

本项目全过程进行信息化安全管控。自2021年1月20日开工至4月底基坑完工，共向平台上传监测数据64次，通过平台生产日报表64次，总结报告1次。平台通过对上传监测数据智能分析判断，风险识别并发布低风险报警信息8次，通过短信提醒现场管理人员采取措施加以解决，确保基坑及周边的稳定安全。

4 结语

本文介绍了一种基坑施工全过程信息化安全管控方法，通过将信息技术融入现场管控手段，建立了完整的信息化管控流程，并成功应用于实际项目。工程实践证明，该方法完全适应于基坑工程的现场管控，有助于提高现场管控效率，保障工程安全。