摘要：自动化监测系统是集数据的自动采集、远程传输、数据处理、分析预测于一体的监测管理信息系统，通过实例介绍自动化监测技术在基坑工程中的运用情况，保证了工程的顺利进行，取得较好的社会效益和经济效益。
关键词：深基坑；自动化；监测技术；应用
1、前言
改革开放以来，我国经济和城市建设飞速发展，尤其是近十年来，高层建筑如雨后春笋，地下工程和利用地下空间工程的越来越多，基坑的深度由最初的5—7m，到现在发展成20多米深的也并不鲜见，地铁车站的基坑深度已经达到30米甚至更深。但由于地下土体性质、荷载条件、施工环境的复杂性，因此在施工过程中对土体性状、环境、临近建筑物、地下设施的监测已成了基坑工程必不可少的重要环节。但目前基坑的监测工作主要还停留在人工阶段，还是通过人员按一定的周期对基坑的监测项目进行现场采集数据，再对采集的数据进行比对分析，然后形成监测报告，而人工监测的效率低、数据不准确以及数据分析处理滞后等因素大大限制了监测工作应该发挥的作用。自动化监测技术就是综合运用现在流行的信息采集技术、网络传输技术和数据库技术来解决这个难题最好方法。
2、自动监测系统
自动监测系统采用现在流行的数据库技术和网络传输技术来保证数据的自动采集、传输、保存、分析和安全查询。系统由以下几个部分构成：
2.1 工地现场的自动监测平台
通过在工地现场安装自动监测仪器，实现全天候、连续、网络化的自动监测工地现场的情况。
具体的监测项目有：支护桩内部水平位移(测斜)、土压力、孔隙水压力、支撑轴力、基坑外侧土体沉降、周围重要建筑物差异沉降等。自动监测仪器按照功能分为传感器和数据采集器。
通过工地现场的自动监测平台，数据被采集并保存在自动监测仪器里。
2.2数据自动采集平台；
数据自动采集平台共分为客户端与服务端两部分。
客户端程序安装在工地计算机上。监测仪器通过电缆线与计算机相连，然后在该计算机中安装数据自动采集平台的客户端及仪器数据读取程序，通过各仪器不同读取程序读取仪器中数据后自动生成该仪器的数据文件，再由数据自动采集平台客户端读入，经过数据自动采集平台进行初步处理后，保存至数据自动采集平台的本地数据库中，完成仪器数据的自动读入。然后通过网络通讯设备，将数据传送至服务端以供查询分析。
数据自动采集平台服务端安装在监测单位的服务器上。该服务器通过DDN连接Intemet，凡具有固定IP地址的各客户端程序，即可通过该IP地址连接服务端程序，完成数据的上传。服务端支持多客户端的同时连接，实现多工地数据同时上传。服务端程序通过接收客户端的数据，然后经检查其正确性后，保存入中央数据服务器，并随时为各客户端提供数据下载。
由于监测仪器数据量一般都比较大，因此在数据存放时，采用了一种仪器数据存放一个表的方式，这样，单个数据表的数据量都不会非常大，从而可减少数据在查询时所消耗时间，提高查询效率。
数据自动采集平台在数据上传前，需要将数据保存到本地数据库中，以便于管理，并且可以方便地进行本地报表的输出。所以其客户端数据库采用Microsoft Access2013数据库格式。
数据自动采集平台服务端由于需要对数据进行汇总，并且需要查询数据及分析数据，因此其对数据库的要求比较高，故采用了Microsoft SQLServer2000数据库。服务端的数据库内容与客户端相同，这样在进行数据交换时就减少了数据内容转换的时间消耗，提高了效率及稳定性。
数据自动采集平台客户端在读入监测数据后，即需要将数据传输至服务端。由于考虑到数据读入与数据传输各自的不稳定性，为保证两者互不干扰，在实际程序编制时，数据的传输与数据读入的控制均通过定时扫描的时间系统进行控制。即通过一时间触发器，每0.5秒就触发数据传输与数据读人程序，完成各自相应的功能。由于数据读入与数据传输都比较耗费系统资源，因此两者的时间系统进行了时间错开，即当数据在读人时，传输的时间系统即停止运行；当开始传输时，即关闭数据读入的时间系统，保证两者不同时开启。在满足各自稳定性的同时，提高运行速度。
为保证数据在传输过程中的完整性，系统采用了传一个确认一个的方法，以确保每个数据都正确传送。
通过数据自动采集平台，数据被保存在工地现场计算机和中央服务器上。
2.3数据查询、分析平台
自动监测系统采用远程监控管理系统作为统一的信息管理平台。远程监控管理系统是一个基于先进的计算机及网络技术的智能化监控及管理系统，它通过架构在Internet上的分布式监控管理终端，把建筑工地和工程管理单位联系在一起，形成了高效方便的数字化信息网络。在这个网络里，借助于Internet快速、及时的传输通道，能够及时把建筑工地上的各种数据、工程文档、图像等传送到工程管理单位，从而为工程管理单位及时了解工地工程进展、发生问题等提供了高效方便的途径，同时也为及时处理工地出现的问题提供了依据，使工程管理更现代化、工程事故反应更迅速、对工程问题的分析更全面。该系统可以对多个工地同时进行管理。
在自动化监测系统中，只用到了远程监控系统的一部分功能。从工地上采集来的监测数据被导人数据库以后，系统将自动判断工程当前所处的状态是安全区、预警区还是警戒区，然后用醒目的、具有人性化的界面向用户显示分析结果。比如说在沉降曲线和测斜曲线中用绿颜色表示安全，黄颜色表示预警，红颜色表示报警，这样用户使用起来就相当清楚。
2.4 监测数据反分析、预测平台
自动监测系统采用正反分析法进行预测，只要知道某个工况下的地层、结构、量测、施工等信息，即可得到下一施工工况下的各种信息，并依此提前调整施工参数，对基坑变形进行有针对性的控制。
由于岩土介质的复杂性和数据处理的局限性，预测的准确性还有待进一步提高，这也是我们将要重点研究和改进的地方。
系统组成示意图
3、自动监测系统的应用
自动监测系统在我公司监理的某工程基坑工程监测中应用以来取得了较好的效果，确保了基坑工程的安全进行，保护了周边环境，取得了较好的隐形经济效益。
3.1现场布置情况
该工程基坑平面形状类似菜刀状，北边及东北边呈弧线形状，毗邻京广线，西侧紧邻五琴路，南侧与地铁4#线汉阳火车站站相连，基坑开挖面积约21084m?，基坑西侧及南侧深约8.4m,东侧及北侧深约15.2m，最深处就是毗邻北边的京广线，铁路线路距基坑最小距离为13.2m，基坑东侧还有几栋3层的砖混结构民房，天然地基，条形基础，距离坑边10m左右，该基坑设计等级为一级，根据国家规范规定，一级基坑各项监测项目的报警值较其他等级要求更高，更精确，且要把周边环境的变形控制在规范允许的范围内，除了采取必要的支护措施外，对其进行监测也是必不可少的，尤其是涉及京广线这条交通大动脉，更不能有任何的马虎，而且铁路线路是封闭管理，人员不能随便进出，随着基坑工程的施工进度的推进，监测项目的增加以及各项监测项目的数据积累，数据量会越来越大，数据的处理工作量也会随之增加，因此单纯的人工监测工作量可想而知，尤其是数据分析处理的可靠度也较低，稍有不慎将会对铁路的安全产生影响，那将是不可估量的损失和影响，因此，我们在本工程的基坑施工中采用了自动监测系统。
监测单位在北侧及东北侧紧邻京广线的这一侧设置了10个工程静力水准仪，对铁路及周边建筑的沉降量进行监测，如下图：
在基坑开挖临近尾声时，由于要尽快组织地下室底板的施工，施工单位组织进场了一批钢筋材料直接堆放在基坑边，深层水平自动监测和常规监测的日变化率达到警戒值，属于异常现象。从时间上看，自动监测发现异常情况在钢筋堆载完成后3小时就发出警报，而常规监测是在监测人员来现场进行监测后才发现。自动监测远远早于常规监测，，这也是因为常规监测要依赖人为的因素，致使其工作效率低，也难以实时反映基坑的变形情况。由于按照自动监测预报的情况，我们分析了变形的原因，对堆载的钢筋材料进行了转运，及时消除了隐患，也对我们在保证基坑安全方面敲响了警钟，在其后的施工过程中严格按设计及规范要执行，基坑未再发生类似的警报。
必须指出的是，这只是一个典型的报警案例，事实上，自动监测系统一直在默默无闻地发挥着作用，它所取得的经济效益和社会效益是巨大的。
4、结束语
在如今这个信息爆炸的年代，信息的及时性、准确性是决定信息有无价值的关键。自动监测系统能对成千上万的原始数据进行及时智能的处理，且一旦出现异常就会立即报警，确保了基坑工程施工的安全顺利进行。
论文作者:魏庆东,李震寰,夏文财
论文发表刊物:《防护工程》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/24
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