民用建筑沉降監測與預報方法應用研究

閆巖 孫雅璐

摘要：近年來我國的民用建筑取得了顯著的發展，在此基礎上，民用建筑的安全問題受到了各方的重視。考慮到各地的地質條件有所差異，因此如果開發一套通用的民用建筑沉降監測與預報方法，就顯得尤為重要。本文嘗試提出民用建筑沉降監測的有效方法，從而對民用建筑的建筑安全具備一定的參考價值。

關鍵詞：民用建筑;沉降監測;預報方法;有限元軟件分析;大數據處理;

引言

近年來，我國對于民用建筑的沉降監測系統的研究取得了較大的進展，并且研究的方向也發生了一定的變化，逐漸從傳統的建筑領域向軟件和信息化的方向進行演變。通過相關監測軟件的開發與利用，能夠有效提高建筑沉降監測的效果與效率。進行沉降監測能夠及時發現建筑物的潛在安全問題，最大化確保建筑物的安全水平。這就要求在沉降的監測過程中，合理開發監測線路，選擇最適宜的監測方案，從而促進民用建筑的高速發展。

一、民用建筑沉降監測的目的與內容

（一） 沉降監測與大數據處理

民用建筑的定義就是為人類提供居住場所和公共活動場所的相關建筑，需要確保建筑具備較好的安全性。正是基于此，對民用建筑的沉降監測技術應運而生。民用建筑沉降監測的目的是：通過對建筑物的沉降情況進行監測，來保證建筑物符合正常的運營使用要求，確保業主的生命和財產安全。除此之外，沉降監測還能夠記錄大量的實際數據，有助于提高今后建筑物設計的技術水平，為今后相關建筑的開發積累真實的資料。通過對收集到的數據進行處理與分析，也有助于相關專家深入研究民用建筑變形的具體原因和未來的建筑物變形預測，尤其是最近幾年，隨著互聯網與大數據的發展，通過對大量重大工程的海量數據的篩選與分析，可以將以往更多靠工程經驗的地下工程項目進行數據化展示和精細化設計。

（二） 沉降監測的內容

民用建筑進行沉降監測的主要方法就是精密水準測量，通過進行高精度精密水準測量網的布設來開展建筑物的沉降監測。在沉降監測的初始階段，首先要對監測的方案進行推定，根據建筑物的結構性質來確定監測的精度要求，在此基礎上確定儀器的型號，再來進行觀測點位的布設。隨后，就需要對各項數據進行監測。考慮到剛開始的監測比較繁瑣，并且各傳感器的計量單位并不統一，這就需要首先對各項數據進行收集與預處理，同時完成各類監測設備的系統誤差校驗。最后就是需要根據沉降的預測目的來進行數學模型的選擇，從而完成整個沉降監測項目。

二、民用建筑沉降監測與預報的具體過程

（一）基于大數據系統篩析的方法確定沉降監測的基準點和監測點

要想做好民用建筑沉降監測的應用，那么首先就需要合理選擇沉降的監測點。沉降監測點又分為基準點、工作基點和沉降監測點這三大類。基準點是整個系統的位置基準，為系統提供起算數據，整個系統的數據處理都需要參考這個位置基準，所以對基準點的選擇要非常慎重，通常基準點都會選擇在建筑沉降和變形影響范圍之外，要盡可能保證基準點可以長期地進行穩定保存。具體來說，基準點至少要選擇三個，以近似等邊三角形的形式進行布置。除此之外，基準點的位置選擇最好可以用設備直接監測到，不需要轉站，從而確保基準點的位置精度。

而工作基點可以算作基準點與沉降監測點的連接點，工作基點也需要較為穩定，避免工作基點的位置發生沉降。當然，如果建筑物主體規模不大，那么附近50米到100米的范圍內就可以之間選擇基準點，而不需要選擇起樞紐作用的工作基點，通過基準點和沉降監測點共同完成建筑沉降的監測工作。

沉降監測點是直接反映民用建筑沉降狀況的一種監測點，其位置數據能夠直接反饋建筑物的沉降狀態。這就要求相關人員要充分考慮實際的建筑結構與當地的地質條件、環境因素，對沉降監測點進行慎重選擇，盡可能選擇最能體現建筑沉降的位置作為沉降監測點。在實際應用過程中，沉降監測點往往為建筑物四角和地質條件差異大的位置，建議可以將地勘報告中的詳細參數輸入有限元模型，依托目前國內流行的有限云分析方法和大數據篩選方法，精細化的分析場地環境，確認沉降監測點。

（二）架設沉降監測網

在完成基準點、工作基點、沉降監測點的選擇之后，就需要架設相關的管線來將這些點進行依次的連接，從而完成沉降監測網的架設。一般民用建筑的沉降監測網通常采用用多節點閉合的水準網進行架設，在進行架設的過程中，要確保監測網具備較高的精度，較高的可靠性，較低的成本和較高的靈敏度。要在確保精度要求的前提下，進行合理的布網，減少觀測點的數量，同時系統要具備發現和剔除粗差的能力。

首先，可以將參考點和工作基點共同組成基準網，來進行一等或二等水平的測量工作。基準網一般是閉合的水準網，能夠根據一定的周期來對網點穩定性進行自檢。一般會選擇三個呈等邊三角形的基準點或四個呈四邊形的基準點進行網絡架設，在完成主體框架搭建之后，再接入各個工作基點，整個網絡要保持通視。要有至少三個符合要求的基準點，這些基準點也是建筑沉降監測的起算點。對于規模較大的建筑物或者高層建筑，要酌情增加基準點個數。

（三）沉降數據觀測

在完成監測網絡架設之后，就要對沉降的數據進行觀測與處理。在日常的觀測的過程中，可以根據施工要求來確定精度。例如，常見的中高層民用建筑，采用二級沉降觀測標準進行整套系統的搭建，就可以滿足觀測的要求。為了確保數據的準確性，可以通過同一個水準儀來進行誤差測量與校準，通過定期的儀器檢測來確保系統的正常運行。考慮到在建筑物進行施工的過程中，載荷的頻繁變化更能夠影響沉降，這就要求相關單位要提高施工期間的沉降觀測頻率，以每加蓋兩層樓觀測一次的頻率為佳。當然，在施工結束后也要嚴格進行復測。

對于普通民用建筑來說，沉降的標準速度應不超過0.04毫米/天，這表示建筑的沉降速率已經達到穩定。在觀測限差符合要求的基礎上，可以通過Excel等數據統計軟件來進行數據平差處理，從而提高檢測效果的可信度，有利于對建筑的沉降趨勢進行預測。

（四） 沉降預報方法

建筑物施工和運營階段都會產生一定的沉降，而沉降是導致建筑物變形發生的重要原因。這其中有地質勘察不合格的因素，還有風力引起附加荷載的因素，除此之外，地下水位升降也有可能擾動地基，讓建筑物產生一定的形變。經過日積月累，形變可能會達到非常夸張的程度，不僅使建筑物不再符合初期的設計要求，還可能對業主的生命和財產安全造成影響。這就要求在建筑沉降監測的過程中，還要對建筑物的沉降趨勢進行預報，從而準確判斷建筑物的狀態和預計使用年限。

要預報建筑沉降就需要引入相關的數學模型，準確反映變形量與變形因子之間的關系，進而利于沉降原因的分析。一般來說，如果建筑物的部分沉降監測點與其他沉降監測點的位移基本一致，那么就可以基于平均沉降量進行數學模型的建立。而如果某個沉降監測點的位移狀況特別特殊，那么需要將該沉降觀測點與其他點進行區分來建立數學模型。

總結：總而言之，本文以建筑安全為前提，介紹了一種依托于大數據平臺和有限元分析軟件的民用建筑沉降監測和沉降預報的總體步驟與布置方法。在進行沉降監測網布設的過程中，需要參考建筑的實際情況進行精度的確定。而開始觀測后，需要從路線、儀器和模型的角度來最大限度地減小偶然誤差，從而提高觀測可靠性。希望上述分析能夠為我國建筑沉降監測領域研究貢獻一份力量。

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