一、 背景介绍
近年来，随着城市化进程的加速和交通运输需求的增长，城市隧道基坑工程建设日益增多。隧道基坑工程的施工是一个复杂的过程，需要保证施工安全和质量。而隧道基坑工程施工所涉及的因素非常多，例如地质情况、地下水情况、周边环境等，这些因素的变化都可能对施工安全和质量造成影响。因此，为了保证隧道基坑工程施工的安全性和质量性，需要建立一套完善的监测系统。而传统的安全监测方式，存在以下几个弊端：
（1）传统的安全监测需要大量的技术人员和设备进行数据采集，而且从采集数据到处理数据至反馈数据结果耗时长，成本高并且数据分析难度大；提供最终测量结果周期长，对结构安全与否无法及时做出判断；
（2）在天气恶劣的情况下，很难保证采集数据的准确性和连续性，并且现场作业人员的安全很难保证；
（3）存在现场技术人员操作不规范，处理数据不及时等现象，对技术人员不规范行为监管存在困难。
在此背景下，星派团队以具体工程为依托，结合自身技术优势，开发了SiPESC隧道基坑工程施工监测系统。作为全自动化隧道基坑工程施工监测系统，该系统在数据真实性、及时性、准确性、连续性有着得天独厚的优势，可以通过实时监测和数据分析，发现工程施工中存在的问题，及时采取措施进行调整和改进，从而保证施工的安全性和质量性。同时，该系统也可以提高监测效率和准确性，减少人力资源的消耗，降低工程成本。
隧道基坑工程施工
二、 监测方案
针对具体工程中基坑安全监测存在的问题和难点以及传统人工监测的弊端，星派团队提出采用自动化监测来进行安全监测，通过开发监测平台实现安全监测信息化。对于典型断面和监测点位采用柔性测斜仪、静力水准仪、倾角仪等元器件，自动采集数据后实时传输至服务器云端计算存储，当监测项目出现报警或异常时，即时通过现场声光报警器、推送报警短信等多种方式通知到相关人员。
在本方案中，根据设计文件及相关管理规范、办法的要求，确定自动化监测项目包括：
1、 基坑周边地表沉降
2、 临近道路路基沉降
3、 边坡顶部水平位移
4、 围护桩顶部竖向位移
5、 围护桩顶部水平位移
6、 基坑周边深层水平位移
7、 基坑内立柱竖向位移
8、 基坑内立柱水平位移
9、 基坑内支撑梁轴力
同时，设置报警值的确定原则如下：
1、 满足设计计算原则，取设计值的70%作为预警值；
2、 满足监测对象的安全要求，达到预警和保护的目的；
3、 满足各监测对象的各主管部门提出的要求；
4、 满足现行规范、规程的要求；
5、 在保证安全的前提下，综合考虑工程质量和经济等因素，减少不必要的资金投入。
对于监测预警，根据监控量测控制标准，分为黄色、橙色、红色三级预警进行反馈和控制。
发出黄色预警时，监测组和施工单位应加密监测频率，加强对地面和建筑物沉降动态的观察，尤其应加强对预警点附近的雨污水管和有压管线的检查和处理。
发出橙色预警时，除应继续加强上述监测、观察、检查和处理外，应根据预警状态的特点进一步完善针对该状态的预警方案，同时应对施工方案、开挖进度、支护参数、工艺方法等作检查和完善，在获得设计和建设单位同意后执行。
发出红色预警时，除应立即向上述单位报警外还应立即采取补强措施，并经设计、施工、监理和建设单位分析和认定后，改变施工程序或设计参数，必要时应立即停止开挖，进行施工处理。
发布预警后，相关各方应在规定时间内进行响应，一般情况下红色预警4小时内响应、橙色预警6小时内响应、黄色预警8小时内响应，特殊情况下响应时间可适当进行延长，但最晚不得超过24小时。
监测预警响应流程
三、 软件系统介绍
主界面
在SiPESC隧道基坑工程施工监测系统的主界面中，包含天气信息、工程信息、BIM模型、预警信息、设备统计、各测点累计变化最大值统计以及当前变化速率最大值统计等信息。其中，工程信息包括工程进度及监测时长，预警信息栏包括各监测项目预警数量，设备统计包括传感器在线率统计及项目布设测点统计。BIM模型支持交互功能，通过点击CAD图纸上的测点或者选择下拉框中的具体测点，均可显示指定测点数据曲线。
系统主界面
通过BIM模型交互显示测点曲线
通过测点选择框显示测点曲线
数据查询页
点击主界面上方的数据查询菜单，可进入数据查询页面。在该页面中，可通过下拉框选择并查询指定时间段内某个测点或多个测点的监测数据，并通过表格及曲线的形式进行展示。在本页面，用户不仅可以查看测点数据的变化趋势，也可对几个测点的数据进行直观对比，及时发现风险变化趋势。
数据查询功能
实时曲线页面
点击主界面上方的实时曲线菜单，可进入实时曲线页面。在该页面中，可通过下拉框选择实时曲线的显示时间范围，并指定关注的测点进行实时显示。在本页面，用户可以实时查看各监测项目的监测数据曲线，及时掌握各测点的变化趋势。
实时曲线展示
预警信息页面
点击主界面上方的预警信息菜单，可进入预警信息页面。该页面以列表的形式展示各监测项目中累计变化最大值所在测点、累计变化最大值、累计变化的控制值以及预警状态。其中，各监测项目的控制值是根据设计图纸及相关规范要求进行设置的，并确定了黄色、橙色、红色三级预警的控制标准。
预警页面功能
数据录入页面
对于全自动化监测项目，监测设备及元器件成本投入大，设备现场保护难，现阶段全面投入全自动化监测会带来巨大的成本投入。项目中不可避免存在一些监测数据需要通过人工监测并上传至监测系统中。点击主界面上方的数据录入菜单，可进入数据录入页面。系统支持单个测点的人工录入，也支持excel表格的批量录入，同时可以人工编辑、修改施工进度信息。
单个测点人工录入功能
批量数据录入功能
批量录入深层水平位移数据表格格式
批量录入支撑轴力数据表格格式
施工进度编辑功能
四、 总结
随着计算机、网络等技术的发展，信息技术在工程领域得到了广泛的应用，取得了丰硕的成果，以BIM、有限元分析、物联网、互联网等为代表的新兴信息技术正悄然改变着工程建造的模式，推动着工程建设向数字化方向转变。
星派团队以隧道基坑工程信息化监测项目为契机，将结合自身仿真分析的技术优势，逐步研发施工过程信息化监测系统，对实际工程进行高精度模拟，实现对施工过程中风险管控的预先化、信息化、直观化，进一步降低施工风险，减少工程施工安全隐患，最大限度地减少因工程事故而造成的人身安全和经济财产损失。