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摘要：深基坑工程的安全管理日趋重视，随着物联网技术的成熟发展，基坑安全监测预警系统能够实现对基坑变形实时监测，直接分析监测数据，生成基坑监测报告，及时反馈基坑安全状况。南京泛悦中心项目基坑安全监测预警系统的应用获得江苏省“智慧安监的研究与工程应用”课题支持，本文结合应用情况进行分析和总结。
关键词：深基坑；预警系统；实时监测；课题支持；
1 工程概况
秦淮区象房村（原家居乐）地块（泛悦中心）项目位于南京市秦淮区龙蟠中路与象房村路交叉口，地下三层，地上12层，建筑高度50m，总建筑面积约14.3万平方米，是集商业、办公、公寓为一体的商业综合体项目。
本工程基坑周长约506米，占地面积约1.7万平方米，开挖深度11.70～13.10m。基坑形状大致呈平行四边形，支护形式采用钻孔灌注桩+三轴止水帷幕，灌注桩桩径1000mm、1200mm，止水帷幕采用单排三轴850@1200搅拌桩，搅拌桩进入不透水层深度不小于2.0m。基坑内采用管井进行降水，四角设置两层钢筋混凝土支撑梁角撑。侧壁安全等级为一级。
本工程基坑安全监测预警系统的应用获得江苏省“智慧安监的研究与工程应用”课题支持。主要在基坑支撑梁拆除阶段应用了此系统，对基坑变形进行了实时监测，有效的保证了基坑施工的安全。
2 基坑安全监测预警系统的应用
2.1应用背景
近年来基坑安全事故仍时有发生，往往伴随人员伤亡和财产损失，社会影响恶劣。传统基坑监测方式问题较多，主要体现在：监测设施滞后、现场监测无法全面监管、监测数据处理及传递滞缓、监测经验积累较差，无法起到事故预警的作用。基于物联网的深基坑工程安全监测预警系统应运而生，信息化安全管理成为大势所趋。
2.2技术要点
基坑安全监测预警系统通过现场架设的MS05AXII测量机器人、各类监测传感器获取监测物理量，采用机器人一体化测控终端RT2000和物联网数据采集存储传输一体化模块RocMIOT实时采集和传输监测数据，监测软件RocMOS管理和分析监测项目，基坑监测平台RocPit应用和发布监测结果。实现对整个基坑的表面位移、沉降、内部位移、混凝土支撑、轴力等监测物理量的数据采集、数据分析、数据展示，进而监督和指导基坑施工，并及时对潜在的风险进行预警。RocPit系统框架图如图1所示。
图1：基坑安全监测预警系统框架图
RocPit基坑安全监测预警系统主要分为4个层级：
1）采集设备层
通过在基坑支护结构、周边建筑物上安装监测棱镜使用智能全站仪（MS05AXII）进行支护结构的位移监测，或者基坑内深层土体中等位置设置相应传感器监测点采集内部变化。
2）数据传输层
一般情况下，使用RocBox将智能全站仪，部分岩土传感器采集的数据传输到控制中心。或者在基坑规模较大，设备埋设困难的情况下，可以使用RocMIoT采集模块，直接接入岩土传感器，RocMIoT自带电源和数据传输功能，通过网关将数据传输至控制中心，简化了设备的安装同时也可降低成本。
3）平台处理层
RocMos自动化监测系统在RocBox、RocMIoT的支撑下，实现对采集的数据进行分析处理、展示、预警等功能。
4）应用层
数据预警主要是通过RocMos平台在紧急情况发生时，在控制中心通过声光电警报设备进行警报，或将预警信息发送至设定的邮箱、短信、微信或者电话通知相关人员。相关人员也可以通过RocEye移动软件平台对数据进行远程访问。
2.3应用价值
1）实现深基坑工程安全监测预警报警，降低对人员的依赖性，使监测结果反馈更具时效性，以便及时采取相应措施，并追踪有关监测报警处理情况，达到防灾减灾的目的。
2）系统的应用改变了传统的基坑安全管理模式，监测更加高效便捷，同时也加强了建设行政主管部门的监管力度，提高了管理效率，节约了行政成本。
2.4应用范围
基坑安全监测预警系统将基坑监测与物联网结构体系、云计算、互联网等技术结合，建立一套智能基坑在线监测系统。系统主要面向建筑、桥梁、市政、轨道交通等深基坑领域开发，具有先进的数据采集技术、智能化数据处理、多元化项目管理等特点，能够帮助现场作业人员、项目管理人员等减少作业强度、及时了解项目健康动态，并可为生产决策提供及时可靠的项目信息，为项目顺利实施安全护航。
2.5应用效果
1）监测点布设
结合本工程实际情况将智能全站仪架设在基坑西侧的围墙上，测站位置高出基坑2.5m，根据基坑的支撑、立柱的分布情况，均匀布设三维位移监测棱镜，共布设监测点11处。根据支撑梁的平面布置情况和围护结构形式以及周围环境的分布情况，在基坑边20m左右设置一组监测棱镜，共布设监测点19处。
布点方法：在设计的测点位置通过膨胀螺丝将棱镜支架与混凝土结构固定。
2）数据采集及处理
基坑安全监测预警系统利用RocMos监测平台和传感器数据采集箱对监测点及传感器数据进行实时采集。
测站设立采用自由设站的方式，智能全站仪固定好后，设置假定坐标系。首次测量时，选用人工教学模式，系统自动记录所有后视点、监测点位置，并自动进行多测回测角，精确计算各点初始坐标。通过该软件设置基坑监测频率，为了保障基坑在拆撑阶段安全施工，基坑监测的频率应比正常施工阶段要高，因此选定时间间隔为2h。复测时先对控制网进行复测，经计算控制网稳定后对监测点逐一测量，同时系统中有未发现目标点时再次寻找的功能，确保复测监测点时无遗漏。
数据采集箱内外接电源，智能全站仪与数据采集箱采用有线连接，将全站仪采集的坐标数据采用GPRS无线传输技术远程回传到机房数据处理中心。数据处理功能采用RocMos软件将采集数据的粗差自动剔除，复测完基准网后进行基准网的稳定性分析，最后将测量数据进行平差处理。
3）数据发布与预警
监测数据采集后经处理中心处理后，存入到系统监测平台的数据库中，RocMos软件中有数据分析、测站管理、报警设置等多个模块。可以通过该系统设置监测点变形报警上、下限值。当监测点累计变化量超过预先设定的报警值时，系统可快速地发出警报，将变化量过大的点在网页中显示出来，同时提醒现场技术人员及相关领导，以便能及时有效地做出相应的决策。
3 实施成果分析
本工程监测期间为2018年6月22日至2018年8月2日，共监测585个周期。此期间主要是底板施工、第二道支撑拆除及负三层结构施工阶段。现场观测点位较多，选取南侧主干路边具有代表性一处监测点A26数据进行分析，其三维位移监测曲线如图2所示。
图2：A26三维位移监测曲线图
以上三维位移监测曲线图由RocMos软件平台在全站仪自动监测获取该监测点的三维数据，并对这些数据进行分析核算，快速绘制更新出变化曲线图，将基坑的实际变形情况更加直观的展现出来，保证了支撑拆除阶段施工的基坑安全。
冠梁位移及立柱沉降的变形累积量均未超过报警值，与第三方监测单位提交的监测报告基本吻合且较之更精确。三维位移监测曲线上下波动较大的原因主要是冠梁在支撑拆除过程中的应力释放引起的收缩变形，也包括镐头机工作时的震动对监测棱镜有微小的影响，由此可见自动监测获取的数据真实有效。
4总结与建议
结合本工程应用情况，总结经验教训及相关建议。基坑安全监测预警系统的应用实现了基坑实时自动化监测，使得基坑安全状态时刻处于安全可控。它可以快速获取监测数据并迅速做出计算，大大节省了人力、物力，实现了对基坑监测项目高频率、全天候、多目标的监测，极大地提高了工作效率。同时，该系统的应用也开拓了人工监测的方案优化思维，对于较为规则的基坑可以采取一站式监测方案。
该系统目前较广泛应用于深基坑、轨道交通、桥梁大坝等变形监测，精度较高，但受外界环境及信号传输影响较大，需提前做好防雨措施及保证信号有效传输。此外，智能测量机器人租赁费及自动化监测终端的服务费较高，对于施工周期较长的深基坑代价较大，可以选择重点阶段（如土方开挖、支撑拆除等）进行监测，有效控制关键阶段的基坑安全，同时降低使用成本。
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论文作者:顾亮,祁迪,李晋宏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2018/12/26
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