基于三維激光掃描儀對深基坑實時監測與動態管理

王 錦

（山西四建集團有限公司，山西 太原 030006）

1 三維激光掃描技術概述

作為一種新興測量技術，三維激光掃描技術是在20世紀90年代誕生的。其通過非接觸測量主動、真實地描述掃描對象的整體結構及形態特征，并快速生成精準的三維數據模型，可有效避免點數據分析造成的片面性問題，因而被稱為“實景復制”技術。三維激光掃描技術改變了傳統的三維數據采集與處理方法，為空間數據的獲取與逆向工程提供了新方法，同時，因其對環境的適應性強，也為建筑工程項目測量與勘察提供了更快捷的技術支持，是測繪領域又一次技術革命。鑒于其顯著的優勢，人們逐漸將其引入到變形監測領域，如監測建筑物變形情況，監測海底隧道和地鐵隧道的施工變形，監測橋梁和滑坡的變形等。

2 技術原理

1）掃描原理。建設施工中的三維激光掃描技術依靠專業儀器實現，目前應用最多的設備是三維激光掃描儀。在實際應用過程中，該設備會先啟動內置伺服馬達系統，再利通過轉動多面掃描棱鏡，令發射的脈沖激光束按照從左到右、由上至下的順序進行快速掃描，以此實現全自動高精度步進式測量，具體過程如圖1所示；2）測距原理。現階段，利用三維激光掃描技術進行測距，可以使用的方法主要有三種：脈沖測距、三角測距、相位測距。利用該技術進行測距時，激光發射器會先發射一道速度極高但相對狹窄的激光脈沖，再利用探測系統捕捉脈沖被測物表面產生的回波信號，通過將其轉換成電信號逐漸生成回波脈沖信號，隨后對回波脈沖信號與發射脈沖信號之間的間隔進行測量，最后便可得出被測物與激光發射器之間的距離，利用三維激光掃描技術測得的數據精確度比較高。

3 深基坑工程監測現狀分析

就目前來看，深基坑監測技術就是以監測項目的控制值為執行依據，在深基坑施工期間的水平位移或沉降度等超過控制值的情況下，相關工作人員需立即采取相應措施，保護工程總體結構以及周邊環境的安全性。常用于深基坑監測的技術主要為近景攝影測量監測、基于人工神經網絡模式下的構筑物沉降預測等。但就目前來看，在深基坑實際監測過程中，大部分監測工作只是用于采集監測數據，對檢測數據進行簡單分析，判斷數據是否達到預警值，難以從根本上保障深基坑工程的安全實施。

4 深基坑監測管理工作對策

1）監測工作需要有計劃，應嚴格按照有關技術文件（監測方案）執行。監測方案的內容至少應包括工程概況、監測依據、監測方法、監測儀器、監測精度、監測點的布置及觀測周期、監測結果的提交等。計劃性是觀測數據完整性和連貫性的保證；2）監測數據必須具有可靠性。數據的可靠性是由監測儀器的精度、可靠性以及觀測人員的素質來保證的。用于基坑監測的儀器設備應定期進行計量檢定或校準，確保其使用時在有效的檢定和校準周期內。這是監測數據準確、可靠以及可追溯的條件。而觀測數據的可靠性由以下三個方面確定：①是否按照規定的作業方法進行作業；②使用的觀測儀器是否穩定、可靠；③相關數據是否符合一致性、相關性和連續性；3）觀測必須具有及時性，監測數據應有預警性。基坑開挖作為一個動態的施工過程，只有保證及時觀測才有利于及時發現隱患，及時采取相關措施。因此監測頻率的確定至關重要，而監測頻率應能滿足既不錯過監測對象的關鍵變化節點，又能合理地控制監測費用，科學合理地開展監測工作。每一監測項目，應根據基坑工程設計計算結果、當地工程施工經驗、工程周邊環境特點要求確定報警值；4）工程的基坑支護監測，應該有完整的觀測記錄、形象的圖表、曲線及觀測報告。由于基坑工程自身的特殊性和復雜性，直接采用監測原始數據對基坑工程的安全穩定狀況進行判斷和評估的難度較大，需要對原始觀測數據整理分析，監測成果的“形象化”讓工程技術人員能夠一目了然，以便及時發現問題和分析問題。

5 結語

綜上所述，三維激光掃描技術可以被應用于環境條件復雜的施工現場，具有較強的實時性與擴展性，數字化程度比較高，充分發揮其作用能夠提高施工質量。因此施工人員要明確將其應用于數據逆向建模、工程量計算、工程進度實時跟蹤、質量檢測、運維管理、變形監測等環節的重要性，切實提高施工效果。