闫 康 ，曹 芳 ，肖 伟

（1.长江大学城市建设学院，湖北 荆州 434000；2.荆州市江汉建设工程施工图审查事务所，湖北 荆州 434007；3.中国葛洲坝集团第三工程有限公司，陕西 西安 710119）

随着我国经济的高速发展，城市建筑业施工技术不断进步，工程项目规模也不断扩大，基坑建设工程中的基坑安全越来越受社会关注。同时，基坑安全中的基坑监测任务和难度随之提高，相应的对监测单位也会提出更高的要求。由于基坑工程位置基本都处于城市人口交通较为密集的区域，因此保证基坑及周边环境的安全极为重要。

传统基坑安全监测主要靠人工完成，不仅效率低下、耗时长，而且数据计算易出错，不能及时有效地收集、分析和提取，进而很难保证复杂的现代化基坑的安全。

1 基坑安全监测现状

基坑安全监测是一项综合考察分析的边缘学科，其涉及工程测量、地质分析、力学分析、水文等多方面。针对基坑安全监测，国内外科学家已经做了很多研究，包含测点分布、测量手段、数据计算、误差以及安全预警判断等。具体到不同的监测项目中，每个项目的支护和开挖方式的不同，相应的又会有不同监测项目和重点观察内容。通常，一个监测项目包括围护桩顶及边坡土体顶部位水平位移，深层水平位移，水位，地表、周边建筑等的垂直位移，内力，支撑轴力，地表裂缝，等等。即使是监测同一个项目，也有可能用几种不同厂家生产的不同的测量工具。例如，水平位移既可以用经纬仪监测又可以用全站仪和GPS监测。同时，每一种仪器又有各自的计算方法或者自身的配套软件。总而言之，既分类繁多，又计算复杂，特别在监测项目后期，因为庞大的数据量，很难对一些特定的数据进行提取和查询。如果能在基坑监测过程中使用能将所有监测项目集成在一起的监测预警系统，就能充分发挥其高效、准确的作用，在节约资源、提高效率的同时，更加及时地将数据和预警报道出来，提高信息化程度，保障施工安全。

2 基坑安全监测系统设计

为解决人工方式分析数据效率低的问题，采用PYTHON编程语言、关系型数据库MySql开发一套基坑安全监测系统。系统主要包括数据采集系统、数据分析系统、预警决策系统、数据查询系统四个板块。

2.1 数据采集系统

该板块可以输入沉降、水平位移等基坑安全监测项目的原始数据，输入方式既可使用Excel格式文件的数据源输入，也可以在软件内部通过界面手工输入。除了监测原始数据，还可将基坑项目的信息、勘察资料、使用的监测仪器信息、基坑平面图、分布监测点和监测项目安全等级信息等输入数据库。

2.2 数据分析系统

原始数据会先进行初始化分析，将测量数据的原始读数转化为高程、位移、轴力等实际工程使用的数据，再根据项目、时间、测点点号按顺序储存入数据库中。

在初始化分析完成后，会对数据进行综合分析，计算每种数据的单次变化值、累计变化值、变化速率等储存入数据库，再综合各种数据的变化趋势、拟合曲线方程、预计未来的变化趋势，将未来出来可能和现在已经超出预设值的某些数据和相应测点点位、时间等信息传送给预警决策系统。

2.3 预警决策系统

报警值是基坑监测中规定的重要指标，可保证基坑围护结构的稳定性和周围环境的安全。此系统根据预设监测安全等级，对每一种监测项目采用三级预警：当监测数据超过一级预警值时，系统会提示蓝色预警；当监测数据超过二级预警值时，系统会提示黄色预警；当监测数据超过三级预警值时，系统会提示橙色预警。系统给予预警的同时，还会给出相应的应对方案，并把预警记录传递给查询系统进行综合处理。

2.4 数据查询系统

用户可以在数据查询系统中利用关键词从数据库中查询到相应的信息，如基坑工程名、监测项名、监测次数、时间、编组组名、序号等单种，或复合多种方式组合进行筛选查询，还可以根据危险值数据、异常数据、最值或者指定范围等特殊条件查询。

根据用户查询条件筛选的数据，系统可以自动生成相应的图表方便用户直观查看连续的数据。系统在制图时默认以时间为X轴，用户可任意选择单位时间也可更改X轴为其他项目，如监测次数或者开挖深度。数据图表模块整合数据库中的数据，可以自动生成单次报表、日报表、周报表或者月报表，并自动归纳总结、汇报基坑情况，所有报表在数据输入系统的同时即可立即产生，且可随时在系统里查看，以及任意导出Excel格式或者Word格式的文件，格式规范统一。

除了数据查询，查询系统还可以完成在数据采集系统中输入的基坑的基本信息、勘察资料、监测仪器信息、基坑平面图、分布监测点和监测项目安全等级信息等的查询。另外，还可以查询基坑安全系统用户手册以及输入数据的格式范例，如图1所示。

图1 系统结构

3 基坑安全监测系统特点

该系统使用先进的环境构架，有着编程语言简明、数据库安全可靠、基坑监测方案设计智能、用户使用时操作简便等许多优点和特点。

3.1 安全可靠的数据库

数据库接受数据采集系统输入的数据后，所有输入的原始数据会在传入数据库后会生成2份文件：一份为只可读取、不可修改的副本文件，用作存储原始值，同时保证系统数据崩溃时可以读取初始状态值，不至于让数据遗失；另一份为可读取、可修改的操作文件，可以添加、修改和删除数据。数据分析的所有功能都是基于操作文件进行。

3.2 智能的基坑监测方案设计

系统内置基坑监测规范，用户输入基坑的基本信息和安全等级就可以自动分配基坑监测项目，且可根据基坑实际工程情况增加或者减少基坑监测项目，用户指定合适的监测方案以及指定测量工作方便。

3.3 整合的监测手段和计算方法

可以将不同厂家和不同型号、不同功能的设备整合在一起，所有的设备只需将原始数据输入，就可自动计算。可直接将位移、应力、水位等实际数据输入系统，不用在外部由人工计算后输入系统，减少了人工计算和转录误差。

3.4 便捷的预警值预设

系统内置《建筑基坑工程监测技术规范》，在确定好监测项目后，根据项目的安全等级自动设置安全预警值。另外，系统也支持用户根据项目情况自定义预警值。

3.5 智能的多因素综合分析

多个项目在测量时，同一横截面的各种数据存在一定的趋势性，如在同一截面的深层水平位移剧烈改变时，地表水平位移和地表沉降会以一定的趋势移动。以此为依据，监测系统通过多次数据筛选，使用监测系统中的Matplotlib模块拟合出同一截面上各个点之间的关系方程，由此判断某个点在测量时的数据错误；也可以在当某个点由于特殊工况无法测量时，预测出该点的数据；当基础数据较多时，系统通过深度学习，甚至可以判断出未来几天的数据。

4 结束语

使用基坑监测系统能更加快捷完成数据的录入和分析，同时安全、稳定地分门别类保存数据，方便随时检索和调用数据。同时，还可根据需求导出报表，且格式规范统一、工整美观。多因素分析时使用Matplotlib模块，能有效预测数据发展趋势，提前发现风险，提高了预警的置信度和精度。整体来说，基坑安全系统安全、可靠，是有效的基坑监测工具。