徐尚昭

摘 要：传统的基坑监测技术是通过进行数据的采集、中间的处理以及信息的反馈建筑、桥梁、马路等大型建筑基坑情况。但是随着科技的进步和对基坑监测理解程度的加大，使得传统的信息化监测技术已经无法满足基坑及周边环境的监测分析。本文通过分析基坑监测信息化技术在在我国的研究现状，并分析基坑监测信息化系统存在的局限性，针对这些局限性构建了能够监测基坑稳定性的监测系统、预测系统以及可视化系统相结合的具有动态分析功能的信息化系统。

关键词：信息技术；基坑监测；管理系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.156

夯实的地基是保证建设高层建筑、大型水利工程、桥梁、隧道以及其他大型建筑的重要基础。特别是在现代社会，对于高层建筑和长桥、地质复杂地区在基坑监测方面的需要变得越来越明显。无论是在监测中出现的深基坑还是多变化、“隐秘”的基坑都需要更高的检测技术进行相应的分析和解决所遇到的难题。尤其是在进行大型建筑开发和构建过程中基坑对于建筑的稳定性起到了举重若轻的作用。相对于以前，现代的建筑建设过程中所用的建筑材料变得更加复杂，在多介质和高复杂的空间分布状态下，基坑的情况也变得更加复杂，所以在监测基坑的过程中，对于基坑的实时面貌特征和分布情况的预测则变得尤为重要。

1 基坑监测的信息化

基坑监测的信息化建设是随着计算机技术和基于安全工程建设应运而生的新技术。信息化监测系统能够将变形监测、动态监测、温度监测等融合为一体，为各种复杂的工程监测提供有利的信息，对于基坑监测的信息化研究和建设课题已经是提上日程。

1.1 基坑监测信息化建设的目的和意义

正因为基坑监测是保证工程项目安全工作的前提，如果忽视必要的安全建设工作，則往往会造成不可挽回的灾难。例如长江三峡的新滩滑坡事故就是由于基坑监测工作的忽视所导致。通过信息化监测系统的建设能够很好的将监测到的数据进行分析和建立预测模型，为基坑的安全防护工作提供了强有力的保障。同时，利用监测的结果可以准确的反馈于工程的施工过程，为后续施工的经济性、安全性、简便性建立有效的措施，并且对于具有争议性和差异性的监测结果具有很好的修正作用。

1.2 基坑监测信息化研究现状

现代的基坑监测信息化系统的开发主要包含了动态设计和信息化施工，主要是通过监测结果的分析处理得到所需要的预测信息，给予施工的全过程相应的反馈数据并进行实时的动态监测。例如，钟正雄等人利用所检测的数据结合成数据库管理系统，对施工过程的所有信息进行分析，客观的评价所检测的项目的稳定性，并以警报窗口的方式反映信息化处理系统的优异性。此外，赵海燕等人提出了非线性变形动态趋势线的分析方法，以各个阶段的函数作为定量信息，量化工程中的基坑，并进行了实际的验证，使得基坑监测信息化技术中预测的信息能力成为必不可少的一部分。由于基坑监测技术受到了越来越多人的关注，信息化系统的发展正朝着多元化的检测仪器和智能化的分析仪器发展。

1.3 现有基坑监测信息化系统存在的局限性

现在的建筑工程的开展需要考虑到基土性质、建筑平面特征以及周围环境措施的特点而需要选择合理的支护方案。现有的基坑监测信息系统主要是以监测基坑的基本形貌位置，而对于周边环境的信息监测则不太重视，这样往往会导致所监测得到的结果具有单一性，不适于大型基坑项目的开展。同时，由于检测信息的复杂性和大数据性，需要能够进行相应大数据处理的软件和优化算法作为技术支撑，因此在智能优化算法的开发和应用上还需要相对应的调整。例如，遗传算法（如图1所示）就能够通过群体的运算和个体的评价对复杂的基坑监测数据处理，得到最终的优化结果。

2 基坑监测中信息化系统的开发

基坑监测系统的开发需要考虑的因素非常多，例如基体结构和支护结构、相邻建筑群或者环境介质的关系、建设工程的经验等，都直接影响了监测系统开发之后的应用特性，综合的分析基坑监测系统的稳定性、预测性和可视化特征是完善设计所必需的理论。

2.1 基坑稳定性监测系统的开发

2.1.1 影响因素分析

工程项目的稳定保证来源于监测系统对于基坑监测结果，不仅关乎基坑的安全性能还影响着使用费用的高低。在开展监测项目的过程中往往会造成工程费用的损失，但是如果对于监测系统的检测项目进行减量，同样也会对工程造成不同程度的损失，甚至会导致严重的后果。所以在进行基坑稳定性监测系统开发之初就应该进行基坑工程项目等级进行评定，合理的规划工程的使用费用，并统筹基坑周围环境的特征，具有针对性的开发出性价比较高的监测系统。

2.1.2 设计原则

基坑稳定性监测系统的设计除了进行影响因素的分析之外，还需要重视开发设计的原则。主要包括可靠性原则、多元性原则、经济适宜性原则和关键部位监测原则等。其中可靠性原则是最基本的原则也是首要考虑的设计原则，监测系统的开发需要建立在现有可靠的仪器设备和实际工况的基础之上，这样才能够保证监测系统的合理化。

2.2 基坑稳定性预测系统的开发

2.2.1 预测能力在监测系统开发中的体现

监测系统的开发还需要考虑到其预测能力的广度和深度，通过监测系统得到的信息我们发现，大部分信息是关于基坑的基本特性，而有少量的信息是为未知信息，通过提高监测系统的预测能力，合理的运用这小部分未知信息进行定性、定量的预测基坑监测结果在复杂的工程项目开展中运用的非常广。例如，通过监测大量的土壤流变性数据可以准确的预判在基坑遭受破坏过程中所受到的位移信息，从而在今后的基体发掘过程中需要重视不断变化的位移数据。

2.2.2 预测系统中优化算法的选择

在进行预测系统开发的过程中优化算法的选择是决定监测系统预测能力的重要影响因素。优化算法其实是一种基于某种特定的运算过程的搜索、筛选规则。在数学、物理、化学领域中常常运用的优化算法主要有遗传算法、人工神经网络和模拟退火算法等等。如前文中所提到的，遗传算法是基于群体运算和个体评价的算法，很好的分析了每一个个体数据之间存在的关系。而模拟退火法则在处理数据过程中局部极小值的解释起到了重要作用。而人工神经网络则是通过运用人脑神经网络对数据信息进行抽象化，处理的过虽然具有抽象性但是却能得到与非线性函数的真值最为近似的数值。

2.3 基坑可视化系统的开发

可视化系统是近些年在基坑监测研究中新型的检测手段，将基坑的检测结果从单一的数据分析逐步转化为数据与图片相结合的检测方法，在监测结果的稳定性和准确性上有了很大的提高。随着图片处理水平的不断提高，监测可视化系统所输出的图片有二维变成三维，在形貌特征上更能够体现出基坑周边的环境信息和变化情况。

3 基坑可视化监测和预测系统的实现与应用

综上所述，在开发基坑监测系统当中既需要考虑其数据处理的能力、预测能力还需要兼顾监测系统的信息反馈能力和可视化系统的合理化。在基坑施工过程中，准确的把握基坑开发的速率和后续辅助工程的进行，监测系统所反馈的有效信息和参数有利于下一阶段工程的设计和实施。

3.1 系统结构和登录界面

目前，我们所面临的比较难处理的基坑主要分为两种，其一为深基坑，其二为具有周边环境复杂的基坑。这两种难处理的基坑具有很大的共同点，例如工作量大并且复杂，在对基坑的施工过程中对监测的精度要求较高且监测频率较密。传统的监测系统不能够真实的反映出基坑及其环境周边的情况，在数据的采集上也体现出较为繁琐的处理过程。而我们采用Matlab开发的具有可视化监测和预测的系统则很好的规避了这些难题。其主要系统结构如图2，主要包括了数据查询模块、数据管理模块、数据处理模块以及可视化模块组成。

在启动软件之后，首先进入的是“系统登录的窗口”（如图3所示），在点击进入系统之后，则会通过核实用户的“用户名”和“密码”进行登录操作。假如输入的用户信息有问题则会弹出窗口提示“您输入的用户名或密码有误，请重新输入”，而当使用用户信息登录成功之后在可以开始后续的系统中各个模块的相应功能。

3.2 数据库查询系统和数据处理模块

为了将所检测到的所有数据进行合理的规划和分析，本系统利用SQL语言建立相应的数据库对数据进行合理的整理和保存，这些数据在系统中可以根据监测人员、监测项目、检测日期进行数据的排序、查询和修改，特别是对于建筑物的沉降数据的分析和管理最为突出。SQL数据库的使用能够将基坑工况中不同时间段、不同监测点的结果汇总于一张表中为后续对数据的溯源和重新添加或者修改起到很大的便利性。

此外，本系统针对深基坑、变形监测数据的基坑监测而采用了卡尔曼滤波技术，通过输入-输出的信号噪声激励的特性值统计，形成了具有时间段限制的滤波方法，可直接用于动态的检测基坑的实时情况，并进行快速的预报。同时，系统中还结合了遗传算法将所收集的数据进行了个性评价，剔除没有相关性的数据，为后续的预测模型的建立提供有效的信息来源。

3.3 预测模型和可视化模块分析

在建立预测模型的过程中，首先需要设定相应监测项目的警戒值允许值，系统的预测模型模块的功能能够实现将处理后的实测数据进行建模，最后得到预测模型。预测模型能够针对所监测项目的监测点数据进行校验和预测。

为了让可视化模块所显示出来的图片效果更加明显和准确，系统中采用GPS的伪距法进行定位，根据周围基岩分布，计算出各个土层的主要物理力学性质，水文地质条件等选择合理的监测地点，并分别对维护结构、支撑结构和周围环境进行监测。最终通过系统的可视化功能，将处理后的数据文件和预测模型在可视化模块中显示出来，通过三维图片的形式能够清晰的观察到基坑中的具体形貌和对应不可挖掘的地点，在一定程度上解决了工程师因为数据的误判和经验的限制导致的工程建设事故的问题。

4 结论

随着经济的不断提升，国家、地方政府对于基础设施到的建设正逐步提高重视。在大型建筑和多样化的建筑群体的建设中不可避免的会遇到较为困难的基坑施工情况。虽然国内已经许多的学者和和专家正对信息化的基坑监测系统不断的开发和改进，但是现阶段的基坑监测还处于半监测和半经验的现状，由于受到不同外界因素的影响，基坑的情况也变得十分复杂。信息化的监测系统能够合理而准确的得到有利于施工的基坑信息，本文提出的可视化监测和预测的系统还处于研究阶段，仅实现了基坑监测数据的管理和可视化，对于数据模型的预测和动态可视化的研究还需进一步的深化。

參考文献：

[1]范传斌，张宏军.信息化监测技术在深基坑施工中的应用[J]. 建筑施工，2014（11）：1219-1222.

[2]黄银洲.信息化监测在深基坑工程安全管理中应用研究[J].山西建筑，2010（07）：87-88.