一、 背景介紹
近年來，随着城市化程序的加速和交通運輸需求的增長，城市隧道基坑工程建設日益增多。隧道基坑工程的施工是一個複雜的過程，需要保證施工安全和品質。而隧道基坑工程施工所涉及的因素非常多，例如地質情況、地下水情況、周邊環境等，這些因素的變化都可能對施工安全和品質造成影響。是以，為了保證隧道基坑工程施工的安全性和品質性，需要建立一套完善的監測系統。而傳統的安全監測方式，存在以下幾個弊端：
（1）傳統的安全監測需要大量的技術人員和裝置進行資料采集，而且從采集資料到處理資料至回報資料結果耗時長，成本高并且資料分析難度大；提供最終測量結果周期長，對結構安全與否無法及時做出判斷；
（2）在天氣惡劣的情況下，很難保證采集資料的準确性和連續性，并且現場作業人員的安全很難保證；
（3）存在現場技術人員操作不規範，處理資料不及時等現象，對技術人員不規範行為監管存在困難。
在此背景下，星派團隊以具體工程為依托，結合自身技術優勢，開發了SiPESC隧道基坑工程施工監測系統。作為全自動化隧道基坑工程施工監測系統，該系統在資料真實性、及時性、準确性、連續性有着得天獨厚的優勢，可以通過實時監測和資料分析，發現工程施工中存在的問題，及時采取措施進行調整和改進，進而保證施工的安全性和品質性。同時，該系統也可以提高監測效率和準确性，減少人力資源的消耗，降低工程成本。
隧道基坑工程施工
二、 監測方案
針對具體工程中基坑安全監測存在的問題和難點以及傳統人工監測的弊端，星派團隊提出采用自動化監測來進行安全監測，通過開發監測平台實作安全監測資訊化。對于典型斷面和監測點位采用柔性測斜儀、靜力水準儀、傾角儀等元器件，自動采集資料後實時傳輸至伺服器雲端計算存儲，當監測項目出現報警或異常時，即時通過現場聲光報警器、推送報警短信等多種方式通知到相關人員。
在本方案中，根據設計檔案及相關管理規範、辦法的要求，确定自動化監測項目包括：
1、 基坑周邊地表沉降
2、 臨近道路路基沉降
3、 邊坡頂部水準位移
4、 圍護樁頂部豎向位移
5、 圍護樁頂部水準位移
6、 基坑周邊深層水準位移
7、 基坑内立柱豎向位移
8、 基坑内立柱水準位移
9、 基坑内支撐梁軸力
同時，設定報警值的确定原則如下：
1、 滿足設計計算原則，取設計值的70%作為預警值；
2、 滿足監測對象的安全要求，達到預警和保護的目的；
3、 滿足各監測對象的各主管部門提出的要求；
4、 滿足現行規範、規程的要求；
5、 在保證安全的前提下，綜合考慮工程品質和經濟等因素，減少不必要的資金投入。
對于監測預警，根據監控量測控制标準，分為黃色、橙色、紅色三級預警進行回報和控制。
發出黃色預警時，監測組和施工機關應加密監測頻率，加強對地面和建築物沉降動态的觀察，尤其應加強對預警點附近的雨污水管和有壓管線的檢查和處理。
發出橙色預警時，除應繼續加強上述監測、觀察、檢查和處理外，應根據預警狀态的特點進一步完善針對該狀态的預警方案，同時應對施工方案、開挖進度、支護參數、工藝方法等作檢查和完善，在獲得設計和建設機關同意後執行。
發出紅色預警時，除應立即向上述機關報警外還應立即采取補強措施，并經設計、施工、監理和建設機關分析和認定後，改變施工程式或設計參數，必要時應立即停止開挖，進行施工處理。
釋出預警後，相關各方應在規定時間内進行響應，一般情況下紅色預警4小時内響應、橙色預警6小時内響應、黃色預警8小時内響應，特殊情況下響應時間可适當進行延長，但最晚不得超過24小時。
監測預警響應流程
三、 軟體系統介紹
主界面
在SiPESC隧道基坑工程施工監測系統的主界面中，包含天氣資訊、工程資訊、BIM模型、預警資訊、裝置統計、各測點累計變化最大值統計以及目前變化速率最大值統計等資訊。其中，工程資訊包括工程進度及監測時長，預警資訊欄包括各監測項目預警數量，裝置統計包括傳感器線上率統計及項目布設測點統計。BIM模型支援互動功能，通過點選CAD圖紙上的測點或者選擇下拉框中的具體測點，均可顯示指定測點資料曲線。
系統主界面
通過BIM模型互動顯示測點曲線
通過測點選擇框顯示測點曲線
資料查詢頁
點選主界面上方的資料查詢菜單，可進入資料查詢頁面。在該頁面中，可通過下拉框選擇并查詢指定時間段内某個測點或多個測點的監測資料，并通過表格及曲線的形式進行展示。在本頁面，使用者不僅可以檢視測點資料的變化趨勢，也可對幾個測點的資料進行直覺對比，及時發現風險變化趨勢。
資料查詢功能
實時曲線頁面
點選主界面上方的實時曲線菜單，可進入實時曲線頁面。在該頁面中，可通過下拉框選擇實時曲線的顯示時間範圍，并指定關注的測點進行實時顯示。在本頁面，使用者可以實時檢視各監測項目的監測資料曲線，及時掌握各測點的變化趨勢。
實時曲線展示
預警資訊頁面
點選主界面上方的預警資訊菜單，可進入預警資訊頁面。該頁面以清單的形式展示各監測項目中累計變化最大值所在測點、累計變化最大值、累計變化的控制值以及預警狀态。其中，各監測項目的控制值是根據設計圖紙及相關規範要求進行設定的，并确定了黃色、橙色、紅色三級預警的控制标準。
預警頁面功能
資料錄入頁面
對于全自動化監測項目，監測裝置及元器件成本投入大，裝置現場保護難，現階段全面投入全自動化監測會帶來巨大的成本投入。項目中不可避免存在一些監測資料需要通過人工監測并上傳至監測系統中。點選主界面上方的資料錄入菜單，可進入資料錄入頁面。系統支援單個測點的人工錄入，也支援excel表格的批量錄入，同時可以人工編輯、修改施工進度資訊。
單個測點人工錄入功能
批量資料錄入功能
批量錄入深層水準位移資料表格格式
批量錄入支撐軸力資料表格格式
施工進度編輯功能
四、 總結
随着計算機、網絡等技術的發展，資訊技術在工程領域得到了廣泛的應用，取得了豐碩的成果，以BIM、有限元分析、物聯網、網際網路等為代表的新興資訊技術正悄然改變着工程建造的模式，推動着工程建設向數字化方向轉變。
星派團隊以隧道基坑工程資訊化監測項目為契機，将結合自身仿真分析的技術優勢，逐漸研發施工過程資訊化監測系統，對實際工程進行高精度模拟，實作對施工過程中風險管控的預先化、資訊化、直覺化，進一步降低施工風險，減少工程施工安全隐患，最大限度地減少因工程事故而造成的人身安全和經濟财産損失。