智慧工地基坑监测发展现状与趋势*

蔺文博，吴 迪，黄 宇，覃怡斐，程 峰

1.桂林电子科技大学 建筑与交通工程学院，广西 桂林 541004

2.广西建工集团智慧制造有限公司，广西 南宁 530211

1 智慧工地基坑监测的必要性

岩土体结构和成分的不均匀性、不连续性和各向异性特征决定了岩土层的宏观复杂性。在进行支护结构体系设计和结构力学分析时建立的研究模型对地质结构和支护体系都进行了理想化设计，而基坑开挖又是一个动态的过程，气候条件、时间、空间等因素不断变化，再加上基坑工程设计理论与方法的不完善，导致实际工程结构内力和位移与理论设计往往存在较大的差异[1-2]，因此理论预测并不能全面而精准地反映基坑实时变化状态。智慧工地基坑监测系统结合多种监测方式，在基坑开挖前对监测工作预先进行规划，开挖监测时，将收集到的基坑变形监测数据经无线网络传输至已建立的智慧工地平台[3]。经智慧工地总平台可实时掌握监测对象土体的各项变形指标，并为周边环境的安全保护提供可靠的参考依据，以便设计施工方采取动态化管控措施，纠正设计与勘察之间的偏差，调整施工过程与设计的不符之处，从而为基坑土体稳定和周边环境安全保护提供支撑，保证基坑施工的顺利开展。

2 智慧工地基坑监测的特点及方法

2.1 监测特点

（1）时效性。智慧工地基坑监测工作应贯穿于地下工程施工全过程，主要应用于降水和基坑开挖过程中，具有鲜明的时效性。因基坑开挖和相关地下工程的实施破坏了岩土体原有的平衡，基坑本身体系及相关支护结构处于不断变化的状态，基坑相关变形参数需要不断更新。智慧工地基坑监测频率通常1次／d，监测频率并不是一成不变的，一些特殊情况下还需根据工程实际变化情况适当提高监测频率。

（2）高精度。普通工程测量最大允许误差通常在数毫米，智慧工地基坑监测中，基坑本身的特殊性、施工环境的复杂性及对周围环境的影响程度使得智慧工地基坑工程监测精度要求更高，《建筑基坑工程监测技术规范》（GB 50497—2019）[4]规定，每个基坑至少要有3个稳定可靠的基准点，基坑水平位移监测宜设置强制对中观测墩，并采用精密的光学对中仪器，对中误差不宜大于0.5mm，且不同累计变形值下均规定了最大变形速率。

（3）等精度。普通水准测量要求前后视距相等，以清除多项误差。智慧工地基坑监测中，由于监测环境条件的限制，无法实现每次测量都是前后视距相等，在智慧工地基坑监测中要求精度相等，即在同一监测位置上，由同一观测者使用相同的测量仪器按同一测量方案施测，只要保证监测位置前后一致，即使前后视距不相等，测量结果仍然具有参考性。

2.2 监测方法

（1）传统监测方法。传统基坑监测按监测项目有以下四种监测方法。①竖向位移监测方法。该方法主要是对基坑周边能产生竖向位移的建筑物及周边附属设施进行监测，最常用的监测方法是水准压力测试。②水平位移监测方法。该方法主要对基坑周边水平方向上平衡的结构及建筑物水平位移进行监测，现阶段主要是利用测斜仪对监测点水平位移进行有计划的监测。首先在基坑侧壁土体中垂直埋设测斜管，然后由测斜仪自下而上滑动测量得到沿基坑深度方向的位移大小曲线，最后通过监测点水平位移变化量间接反映基坑周边结构及建筑物的水平位移变化情况。③支护结构监测方法。该方法的监测对象主要是基坑支护结构，监测基坑支护结构在基坑开挖过程中应力应变变化情况，如果支护结构是钢筋混凝土材料，则需用轴力计进行测量[5]。④裂缝监测方法。基坑开挖前应对基坑相关土体的已有变形情况进行勘查记录，明确已有变形裂缝的长度、宽度、走向、分布、深度等相关变形物理量，并对监测精度进行明确规定。

（2）智慧监测新方法。近年国内相关领域研究学者对智慧工地基坑监测进行了大量研究工作。梁玄等[6]利用TCA2003全站仪中的自由设站基坑水平位移监测系统对基坑水平位移进行了较为精准的预测，使基坑监测更趋于智能化。何钦等[7]结合具体工程实例，给出了一种利用支撑轴力监测数据增补水平位移监测数据的计算方法，通过实例计算表明该方法推算的最大水平位移值偏于安全，可用于辅助判断基坑冠梁的稳定性。徐爽等[8]结合具体基坑工程案例对水平位移量进行监测，并利用灰色和时间序列组成的新模型，以前几期数据作为原始数据对后几期数据进行预测，预测结果表明组合模型比单一灰色预测模型的预测效果更好，更适合基坑变形监测。王登杰等[9]针对自由设站方案，建立了通过观测监测点与基准点的水平距离，并利用距离收敛值监测基坑边坡水平位移量的方法实现了位移监测点的差分计算与数据处理，分析结果与工程实测数据均表明该监测方法观测精度满足规范要求，且量测效率高，具有良好的应用价值。

3 智慧工地基坑监测的发展现状

3.1 监测方法和仪器设备有待改进

基坑工程特有的工程属性使得很多传统测量仪器无法直接应用于智慧工地基坑工程监测。基坑工程项目大多位于市区繁华地段，施工场地有限，对周围环境影响大，裸露于地表可供布测的有效空间有限，这就决定了基坑土体位移只能通过埋设测斜管间接测量而无法使用位移传感器一类的测量仪器直接测量；同时由于土体中信号传输受限，无法实现无线传输，有线传输又存在诸多不便，极大地增加了测量难度。随着智慧工程的发展，新的基坑工程监测技术相继出现，但这些新兴技术目前还处在初期试验阶段，距离成熟应用还需要一段时间，监测方法和仪器设备仍然不能满足实际工程监测需求。

3.2 现场数据分析水平有待提高

基坑工程监测是一个技术含量很高的工作，利用现场监测数据分析其表现出的工程趋势并指导现场施工是监测的主要目的。但由于现场监测人员缺乏专业知识以及对现场监测工作认识的不到位，大部分监测工作还处于布设监测点→点位测试→土体变形数据采集→数据报表制作阶段，相关工作人员极少对数据成果进行规律分析，探究其背后隐藏的工程现象，这就使得基坑工程监测工作无法达到其本来的目的。

3.3 现场监测数据的有效性问题

现场监测数据的有效性是一个很关键的问题，可靠且有意义的现场监测数据能真实反映工程的变化趋势，能起到预测和指导施工的作用，但是从现场采集回来的数据并不完全真实可靠的，主要原因有以下两点：一是测量仪器本身的系统误差和操作过程的人为误差；二是整个行业对现场监测工作认识的不到位和不重视，存在“编制造表”现象，导致得到的监测数据并不是真实可靠的。

3.4 监测预警值设置的标准问题

设置监测预警值是为了及时准确预报设定的特定工程状态，并对可能出现的工程情况采取及时的相应预防措施，但在实际工程应用中，存在基坑本身结构变形远未达到预设的报警值，但基坑周边建筑、道路、地下管道等设施已经出现了不同程度的严重变形破坏的情况；存在基坑本身结构及其支护体系变形已远超预设监测报警值，而周边建筑道路设施安然无恙的情况。现阶段大多数监测预警值的确定还只是单纯依赖工程经验，对设置标准缺乏系统的研究，这些都是值得探究的问题。

4 智慧工地基坑监测的发展趋势

当前商业综合体类建筑项目数量日趋增多，建筑基坑规模向深且大的方向发展，安全保障要求也随之提高。基坑监测的常规第三方监测存在监测点多、工作量大的问题，对智能自动化监测的需求越来越强烈。在继续发展常规第三方监测的基础上，逐渐发展起来了施工现场内控监测，内控监测与传统第三方监测在本质上存在很大区别，内控监测更具针对性和集中性，更符合智能自动化监测理念。监测方式也引起了基坑监测模式的改变，人工监测逐渐向智能自动化监测发展，施工内控监测结合第三方监测取代了单一的第三方监测，监测点布置模式趋于集约化，克服了传统密集布点模式的缺陷，基坑监测原理也在监测新科技发展的推动下取得了变革性发展，光纤技术、MEMS技术也逐渐应用到基坑工程监测中。此外，新兴的BIM技术、无人机三维扫描、智能移动终端技术将是智慧工地基坑监测发展的新趋势，专家库、前期数据预测、智慧建造等新模式是当前基坑监测的重点发展方向，总体而言，基坑监测愈发智能化、数据化、集约化。