基坑施工全過程安全信息化管控策略

程子聰

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

伴隨著基坑工程開挖難度大，環控要求嚴的發展趨勢，對現場第三方監測和施工監測的精確性和及時性提出了更高的要求。然而目前我國在監測方法和監測數據應用方面仍然采用傳統的人工監測—繪制曲線分析—超限報警—紙質文件遞交方式。這種管控方式簡單易于操作，但存在數據可信度差，隱患難以及時發現的缺點。有時候即使發現安全問題，由于數據處理慢、反饋層級多等缺陷，施工方難以及時實施安全措施加以規避。因此，對于越來越高的基坑安全管控需求，采用更加高效安全的管控手段是未來的發展趨勢。

近幾年來，隨著計算機軟硬件性能的不斷提高，信息化技術、BIM三維建模技術的迅速發展，通過搭建信息化管控平臺實現遠程安全管控已經成為科研熱點，在不少項目上得到應用。劉瑢[1]對預警系統的建立、預警指標的確定、預測方法的選擇等進行了理論和實踐研究，提出了針對監測數據的灰色模型組預測方法；吳振君等[2]開發了基于GIS的分布式基坑監測預警系統，實現了多基坑數據的存儲、分析和預警；王海飆等[3]在某電子大廈基坑項目進行水平位移、沉降及周邊建筑信息化管控時，建立了平臺進行安全預警；徐楊青等[4]采用C語言開發了一套數據監控系統，實現了各類監測數據的分類管理和美觀展示。然而，由于科研目標和現場需求的匹配性存在一定差異，目前信息化管控方法的研究和落地應用存在以下不足。

1）和現場需求存在差距。相對于通過平臺查看數據，現場管理人員更關心如何應用監測數據進行高效率安全管理。目前這方面研究關注度較少，而這恰恰是監測數據應用價值的體現。

2）流程管控有缺失。目前信息化管控普遍重視信息收集和分析，但對于數據報警及后續處理方面目前仍然依靠人工管理，整個監管體系具有明顯漏洞。

3）便捷性不夠。各類監管手段往往追求功能齊全，功能的體現需要現場提供大量資料。各類數據獲取和分析需要耗費大量人力物力進行維護，現場應用體驗較差。

因此，通過信息化手段對現場管控方法進行改良提升，通過分工責任建立集開工準備、數據采集、信息分析、報警反饋、事件處理于一體的基坑信息化管控策略，可大幅提高現場數據應用效率，促進深基坑施工安全風險的專業化、信息化、智能化管控水平。

1 施工全過程安全信息化管控策略

1.1 管控目標

將信息化管控手段融入現場安全管控方法，基于信息化管控平臺，實現信息快速收集、數據智能分析、風險及時識別、處置迅速落實。加快風險識別和處置速度，確保基坑安全穩定。

1.2 信息化管控構架

基坑信息化管控分為3個層級：系統層、資源層、應用層。各層級的管控內容如圖1所示。

圖1 信息化管控構架及內容

1.3 信息化管控優勢

相對于傳統人工監測—紙質資料遞交的現場安全管控方式，信息化管控方法具有以下優勢。

1）安全管控高效化。數據采集、曲線繪制、報警生成等通過平臺自動實現，減少人工采集、數據處理的時間。

2）信息獲取便捷化。監測數據、巡查信息、測點報警信息無需翻閱紙質報表，通過平臺直接查看。

3）事件處理閉合化。報警事件發生、響應、處置、審核閉合化處理，可設置解決事件期限和處理流程，避免了報警事件的不作為。

2 基坑安全信息化管控流程及要點

基坑安全信息化管控流程包括前期準備、日常數據錄入、數據分析查看、智能報警反饋、事件處理。

2.1 前期準備

包括工點設置和項目信息初始化工作。對于需要開展監測管理的項目，總承包單位或施工單位應當在項目開工前一個月通知平臺建設人員新設項目工點，并設置專人作為平臺數據錄入人員，在開工前完成項目初始化工作。項目初始化工作包括工程概況信息、基坑基本信息、監測項目信息（包括布點圖）的錄入。

工程概況信息：項目基本情況、地理位置、工程參與方、項目效果圖、項目開工時間和預計結束時間。

基坑基本信息：開挖深度、開挖面積、土質情況等。

監測信息：監測類型、監測點位、測點布置圖、監測報警值設定等。

2.2 日常信息錄入

日常信息包括監測數據、安全巡檢信息和工況信息。

監測數據信息：施工過程中的工況信息、監測點信息及監測數據信息由總承包單位或施工單位及時錄入。方法包括Excel每日監測報表導入和自動化傳感器直接傳輸。

安全巡檢信息：總承包單位或施工單位現場巡查發現異常情況，應當及時將違規或異常信息通過手機以照片、文字形式上傳平臺。

工況信息：總承包單位將每日工作進度根據內置表單格式填入系統。

2.3 數據分析和展示

各類信息通過平臺進行分類存檔展示。管理人員通過平臺查看每日監測數據和安全巡檢信息。授權人員可直接根據監測數據進行人工報警。

2.4 報警反饋

根據監測數據和巡檢結果，建立多級報警機制，根據級別不同實施不同風險處理方法（表1）。

表1 多級報警評定標準

低風險處理方案：施工單位自行召開技術會議解決，將解決方案上傳平臺，由監理和業主審核。

中風險處理方案：聯系業主召開技術會議，關聯單位參與，共同提出解決方案。將解決方案、解決過程現場狀況上傳平臺，由監理和業主方審核。

高風險處理方案：聯系業主召開技術會議，關聯單位參與，共同提出解決方案，聯系專家審核方案。將解決方案、解決過程現場狀況上傳平臺，由監理和業主方審核。

當符合以下情況之一時，平臺報警等級自動升級：

1）當數據報警或異常事件在3 d內沒有得到響應。

2）當事件處理時間達到2周。

3）事件處理過程中監測數據持續惡化。

4）周邊環境出現裂縫、明顯隆沉且迅速發展，具有發生事故的預兆。

2.5 事件處理

基于平臺，建立“發起—響應—審核—完結”的風險事件處理閉環化管控方法。

1）報警發起。監測數據超標時系統自動發起報警事件，向內置的處理人發送報警信息。系統也支持授權人主動發起報警事件。

2）專人響應。處理人收到報警信息后通過平臺確認事件，然后于3 d內進行解決。事件解決完成后提交照片、文本資料等作為旁證材料。

3）多級審核。責任人提交材料后，平臺自動將信息發送至監理和業主方。監理和業主方按先后流程進行審核。

4）事件閉合。監理和業主方審核通過后，系統自動閉合事件。

3 實際工程應用

3.1 工程背景

景湖路及地下空間工程位于浙江省嘉興市，北側為擬建景湖路，南側為擬建人才公寓，西側為規劃新南湖路，東側為已建紡工路。

地下空間共享工程基坑挖深最大為8 m，基坑總周長約684 m，總面積約5 916 m2。基抗圍護基本采用SMW工法樁＋一/二道鋼支撐（局部為混凝土撐）作為圍護結構。

3.2 信息化管控必要性

本項目雖然開挖深度一般，并不屬于常規意義上超深基坑，但由于以下原因，最后決定采用信息化管控手段進行精細化管理。

1）嚴苛的環控要求。本項目東側緊鄰已建的紡工路，道路邊線和基坑紅線最小間距不到3 m。紡工路為嘉興市中心道路，現有交通流量大，兩側埋設多條地下管線，周邊密布商業店鋪。因此需要快速獲取監測數據，實現風險的及時發現，并有效規避。

2）信息扁平化傳輸要求。本項目由于辦公區域面積有限，部分管理人員辦公地點和項目地點距離較遠，無法直接現場管控，需要高效率扁平化信息傳遞方式來及時獲取現場信息。

3）緊張的項目進度要求。本項目開工時間為2021年1月20日，整體施工完成節點為2021年6月30日，其中基坑施工必須于5月1日前完成。受春節影響，實際施工時間不到90 d。只有通過信息化管理實現工程信息的及時獲取，快速反饋才能滿足本項目進度管理要求。

3.3 管控內容和功能

本項目通過搭設的信息化管控平臺，對施工工況、監測數據等進行全方面信息化管理，具體包括以下內容。

3.3.1 監測數據專業化分析

本項目監測管理內容包括坑基外地表沉降、基坑外水位、支撐軸力、圍護頂部位移、圍護深層水平位移、周邊建筑物豎向位移和地下管線位移。

根據項目實際監測內容，將人工上傳或自動上傳的監測數據進行分析計算（圖2），并通過自定義曲線（圖3）進行直觀展示。

圖2 監測數據管理

圖3 自定義曲線繪制

監測信息的智能處理將原先單純數字通過圖表進行專業化分析，有助于管理人員快速了解基坑安全現狀。

3.3.2 項目工況可視化管理

為了直觀展現施工工況，本項目采用了BIM模型進行工況管理（圖4）。將BIM模型各構件和施工工況信息進行一對一關聯，通過模型操作動態模擬當前施工狀態，演示歷史施工過程。

圖4 三維工況展示

當前施工進度模擬：通過顯示/隱藏BIM模型各構件，方便管理人員直觀地了解目前基坑施工狀態。

演示歷史施工過程：各施工工況通過日歷表形式進行記錄，可通過日期查詢直接獲取當日施工工況內容。

3.3.3 風險智能預警根據監測方案，對本工程所有監測項目進行2級報警設置（表2）。通過后臺配置的責任人聯系方式，直接短信通知相關責任人。系統自動記錄報警信息并匯總展示。

風險預警功能從根本上解決了常規監測信息傳遞不及時，風險發現滯后的缺點，幫助現場負責人第一時間了解目前基坑施工的風險點，及時采取措施進行安全管控。

3.3.4 報表自動化制作

為了提高監測工作效率，降低監測人員工作量，本項目監測報表和總結報告均依靠信息化系統輔助生成。

基于內置的多種表單格式，系統可主動篩選并自動填寫相關監測數據，智能繪制各測點變形曲線和時程曲線。監測人員僅需要確認報表中需要分析的監測類別即可快速制作報表。

報表自動化制作大幅度降低了監測人員報表制作工作量，將原先1 h以上的工作量降低到10 min左右的工作量，數據的準確性也得到了保證。

3.4 實際應用統計

本項目全過程進行信息化安全管控。自2021年1月20日開工至4月底基坑完工，共向平臺上傳監測數據64次，通過平臺生產日報表64次，總結報告1次。平臺通過對上傳監測數據智能分析判斷，風險識別并發布低風險報警信息8次，通過短信提醒現場管理人員采取措施加以解決，確保基坑及周邊的穩定安全。

4 結語

本文介紹了一種基坑施工全過程信息化安全管控方法，通過將信息技術融入現場管控手段，建立了完整的信息化管控流程，并成功應用于實際項目。工程實踐證明，該方法完全適應于基坑工程的現場管控，有助于提高現場管控效率，保障工程安全。