智慧工地基坑監測發展現狀與趨勢*

藺文博，吳 迪，黃 宇，覃怡斐，程 峰

1.桂林電子科技大學 建筑與交通工程學院，廣西 桂林 541004

2.廣西建工集團智慧制造有限公司，廣西 南寧 530211

1 智慧工地基坑監測的必要性

巖土體結構和成分的不均勻性、不連續性和各向異性特征決定了巖土層的宏觀復雜性。在進行支護結構體系設計和結構力學分析時建立的研究模型對地質結構和支護體系都進行了理想化設計，而基坑開挖又是一個動態的過程，氣候條件、時間、空間等因素不斷變化，再加上基坑工程設計理論與方法的不完善，導致實際工程結構內力和位移與理論設計往往存在較大的差異[1-2]，因此理論預測并不能全面而精準地反映基坑實時變化狀態。智慧工地基坑監測系統結合多種監測方式，在基坑開挖前對監測工作預先進行規劃，開挖監測時，將收集到的基坑變形監測數據經無線網絡傳輸至已建立的智慧工地平臺[3]。經智慧工地總平臺可實時掌握監測對象土體的各項變形指標，并為周邊環境的安全保護提供可靠的參考依據，以便設計施工方采取動態化管控措施，糾正設計與勘察之間的偏差，調整施工過程與設計的不符之處，從而為基坑土體穩定和周邊環境安全保護提供支撐，保證基坑施工的順利開展。

2 智慧工地基坑監測的特點及方法

2.1 監測特點

（1）時效性。智慧工地基坑監測工作應貫穿于地下工程施工全過程，主要應用于降水和基坑開挖過程中，具有鮮明的時效性。因基坑開挖和相關地下工程的實施破壞了巖土體原有的平衡，基坑本身體系及相關支護結構處于不斷變化的狀態，基坑相關變形參數需要不斷更新。智慧工地基坑監測頻率通常1次／d，監測頻率并不是一成不變的，一些特殊情況下還需根據工程實際變化情況適當提高監測頻率。

（2）高精度。普通工程測量最大允許誤差通常在數毫米，智慧工地基坑監測中，基坑本身的特殊性、施工環境的復雜性及對周圍環境的影響程度使得智慧工地基坑工程監測精度要求更高，《建筑基坑工程監測技術規范》（GB 50497—2019）[4]規定，每個基坑至少要有3個穩定可靠的基準點，基坑水平位移監測宜設置強制對中觀測墩，并采用精密的光學對中儀器，對中誤差不宜大于0.5mm，且不同累計變形值下均規定了最大變形速率。

（3）等精度。普通水準測量要求前后視距相等，以清除多項誤差。智慧工地基坑監測中，由于監測環境條件的限制，無法實現每次測量都是前后視距相等，在智慧工地基坑監測中要求精度相等，即在同一監測位置上，由同一觀測者使用相同的測量儀器按同一測量方案施測，只要保證監測位置前后一致，即使前后視距不相等，測量結果仍然具有參考性。

2.2 監測方法

（1）傳統監測方法。傳統基坑監測按監測項目有以下四種監測方法。①豎向位移監測方法。該方法主要是對基坑周邊能產生豎向位移的建筑物及周邊附屬設施進行監測，最常用的監測方法是水準壓力測試。②水平位移監測方法。該方法主要對基坑周邊水平方向上平衡的結構及建筑物水平位移進行監測，現階段主要是利用測斜儀對監測點水平位移進行有計劃的監測。首先在基坑側壁土體中垂直埋設測斜管，然后由測斜儀自下而上滑動測量得到沿基坑深度方向的位移大小曲線，最后通過監測點水平位移變化量間接反映基坑周邊結構及建筑物的水平位移變化情況。③支護結構監測方法。該方法的監測對象主要是基坑支護結構，監測基坑支護結構在基坑開挖過程中應力應變變化情況，如果支護結構是鋼筋混凝土材料，則需用軸力計進行測量[5]。④裂縫監測方法。基坑開挖前應對基坑相關土體的已有變形情況進行勘查記錄，明確已有變形裂縫的長度、寬度、走向、分布、深度等相關變形物理量，并對監測精度進行明確規定。

（2）智慧監測新方法。近年國內相關領域研究學者對智慧工地基坑監測進行了大量研究工作。梁玄等[6]利用TCA2003全站儀中的自由設站基坑水平位移監測系統對基坑水平位移進行了較為精準的預測，使基坑監測更趨于智能化。何欽等[7]結合具體工程實例，給出了一種利用支撐軸力監測數據增補水平位移監測數據的計算方法，通過實例計算表明該方法推算的最大水平位移值偏于安全，可用于輔助判斷基坑冠梁的穩定性。徐爽等[8]結合具體基坑工程案例對水平位移量進行監測，并利用灰色和時間序列組成的新模型，以前幾期數據作為原始數據對后幾期數據進行預測，預測結果表明組合模型比單一灰色預測模型的預測效果更好，更適合基坑變形監測。王登杰等[9]針對自由設站方案，建立了通過觀測監測點與基準點的水平距離，并利用距離收斂值監測基坑邊坡水平位移量的方法實現了位移監測點的差分計算與數據處理，分析結果與工程實測數據均表明該監測方法觀測精度滿足規范要求，且量測效率高，具有良好的應用價值。

3 智慧工地基坑監測的發展現狀

3.1 監測方法和儀器設備有待改進

基坑工程特有的工程屬性使得很多傳統測量儀器無法直接應用于智慧工地基坑工程監測。基坑工程項目大多位于市區繁華地段，施工場地有限，對周圍環境影響大，裸露于地表可供布測的有效空間有限，這就決定了基坑土體位移只能通過埋設測斜管間接測量而無法使用位移傳感器一類的測量儀器直接測量；同時由于土體中信號傳輸受限，無法實現無線傳輸，有線傳輸又存在諸多不便，極大地增加了測量難度。隨著智慧工程的發展，新的基坑工程監測技術相繼出現，但這些新興技術目前還處在初期試驗階段，距離成熟應用還需要一段時間，監測方法和儀器設備仍然不能滿足實際工程監測需求。

3.2 現場數據分析水平有待提高

基坑工程監測是一個技術含量很高的工作，利用現場監測數據分析其表現出的工程趨勢并指導現場施工是監測的主要目的。但由于現場監測人員缺乏專業知識以及對現場監測工作認識的不到位，大部分監測工作還處于布設監測點→點位測試→土體變形數據采集→數據報表制作階段，相關工作人員極少對數據成果進行規律分析，探究其背后隱藏的工程現象，這就使得基坑工程監測工作無法達到其本來的目的。

3.3 現場監測數據的有效性問題

現場監測數據的有效性是一個很關鍵的問題，可靠且有意義的現場監測數據能真實反映工程的變化趨勢，能起到預測和指導施工的作用，但是從現場采集回來的數據并不完全真實可靠的，主要原因有以下兩點：一是測量儀器本身的系統誤差和操作過程的人為誤差；二是整個行業對現場監測工作認識的不到位和不重視，存在“編制造表”現象，導致得到的監測數據并不是真實可靠的。

3.4 監測預警值設置的標準問題

設置監測預警值是為了及時準確預報設定的特定工程狀態，并對可能出現的工程情況采取及時的相應預防措施，但在實際工程應用中，存在基坑本身結構變形遠未達到預設的報警值，但基坑周邊建筑、道路、地下管道等設施已經出現了不同程度的嚴重變形破壞的情況；存在基坑本身結構及其支護體系變形已遠超預設監測報警值，而周邊建筑道路設施安然無恙的情況。現階段大多數監測預警值的確定還只是單純依賴工程經驗，對設置標準缺乏系統的研究，這些都是值得探究的問題。

4 智慧工地基坑監測的發展趨勢

當前商業綜合體類建筑項目數量日趨增多，建筑基坑規模向深且大的方向發展，安全保障要求也隨之提高。基坑監測的常規第三方監測存在監測點多、工作量大的問題，對智能自動化監測的需求越來越強烈。在繼續發展常規第三方監測的基礎上，逐漸發展起來了施工現場內控監測，內控監測與傳統第三方監測在本質上存在很大區別，內控監測更具針對性和集中性，更符合智能自動化監測理念。監測方式也引起了基坑監測模式的改變，人工監測逐漸向智能自動化監測發展，施工內控監測結合第三方監測取代了單一的第三方監測，監測點布置模式趨于集約化，克服了傳統密集布點模式的缺陷，基坑監測原理也在監測新科技發展的推動下取得了變革性發展，光纖技術、MEMS技術也逐漸應用到基坑工程監測中。此外，新興的BIM技術、無人機三維掃描、智能移動終端技術將是智慧工地基坑監測發展的新趨勢，專家庫、前期數據預測、智慧建造等新模式是當前基坑監測的重點發展方向，總體而言，基坑監測愈發智能化、數據化、集約化。