智能多因素耦合主动监测预警系统的制作方法

1.本发明涉及安全施工领域，尤其涉及一种智能多因素耦合主动监测预警系统。


背景技术：

2.随着社会经济的飞速发展以及城市化进程的不断加快，涉及的地铁车站、超高层建筑等工程深基坑开挖施工项目越来越多，新建工程基坑完成开挖后的安全稳定越来越受到社会的关注，城市地下空间及地铁网络也已经基本形成，新建工程基坑开挖过程基坑及建筑物的变形和既有工程尤其是地下既有工程如地铁隧道不能实现同步监测，然而不及时的反馈容易引发重大事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。
3.现有技术中常规的基坑沉降监测手段不仅耗费大量人力，而且数据采集周期比较长﹑测量精度较差等问题造成后续的数据处理不能及时反映基坑的变形。另一方面，由于地下土体性质、载荷条件、施工环境的复杂性带来许多不确定因素。现有技术中的监测系统，无法准确的进行实时监测，不利于深基坑整体稳定性的监测。
4.对基坑在开挖过程中的监测数据进行分析，对基坑产生过大变形或者破坏进行预警也是监测系统的重要功能之一。但是目前由于监测数据的处理和反馈的时间长，无法第一时间将基坑的变形和既有地铁隧道的变形反馈给施工人员，施工人员也就无法采取及时有效措施。另一方面，现有技术中的监测系统预测基坑破坏的因素较单一，预测结果不能满足施工要求。
5.有鉴于此，亟需开发一种监测系统，能够及时准确的对近接既有工程的新建工程施工监测预警。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的上述问题，而提出智能多因素耦合主动监测预警系统。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种智能多因素耦合主动监测预警系统，用于近接既有工程的新建工程施工监测预警，包括数据采集模块，所述数据采集模块通过有线和/或无线传输与用以信号转接的信号接收装置通信连接，所述信号接收装置通过有线和/或无线传输与用以对信号进行初步处理的信号处理装置通信连接，所述信号处理装置与总控台进行信号连接，同时所述总控台连接传感器对应视频监控设备和计算机模型数据库设备，所述计算机模型数据库设备接收来自基坑开挖大范围卸荷模型数据库的模型信息，其中基坑开挖大范围卸荷模型数据库包括参数化建模形成的多种模型数据，所述总控台还连接分阶预警方案通知设备，所述分阶预警方案通知设备接收来自总控台对比分析得出的预警方案数据。
8.进一步地，所述数据采集模块包括位移传感器、压力传感器、孔隙压力传感器和水位传感器；所述位移传感器用于获取新建工程周边既有工程的位移、围护结构以及新建工程周围土体的位移响应情况；所述压力传感器用于监测：新建工程底部以及围护结构内力、
既有工程的隧道衬砌结构拱顶、拱腰和拱底的应力；所述孔隙压力传感器用于监测：新建工程底部和/或四周侧壁的土壤孔隙压力；所述水位传感器用于对新建工程底部和/或四周侧壁的地下水位及其变化情况进行监测。
9.进一步地，所述传感器对应视频监控设备接收来自对应的传感器状态视频信息，用以在所述总控台传导给分阶预警方案通知设备时，进行视频信息核对。
10.进一步地，所述分阶预警方案通知设备用于通报新建工程安全、超过预警数值的情况，其中超过预警数值的情况中出现参数突变时采取紧急应急预案，用以作为调整施工方案的依据。
11.进一步地，所述位移传感器、压力传感器、孔隙压力传感器和水位传感器同时工作。
12.进一步地，所述基坑开挖大范围卸荷模型数据库通过值解析计算方法进行参数化建模；所述参数化中所用的参数包含基坑支护结构的竖向和水平位移，基坑坑底隆起值以及既有隧道拱顶和拱腰的变形。
13.进一步地，所述数据采集模块、信号接收装置和信号处理装置间的信号传输路径包含：将新建工程底部及侧壁分区编号，在各分区内分别布置相应的传感器，将采集的多个新建工程的多种数据分别发送至设置在不同分区的信号接收中继器；在既有工程的隧道拱顶、拱腰、拱底位置布设位移传感器和应力传感器，用于监测隧道拱顶、拱腰、拱底位置的变形及应力；在新建工程开挖所影响的既有工程内设置信号采集中继器；将新建工程中设置的信号接收中继器和既有工程内设置的信号采集中继器采集的数据汇集到终端信号采集装置；将设于新建工程中的传感器的数据和设于既有工程中的传感器的数据通过终端数据采集装置传递至信号接收装置；信号接收装置与信号处理装置连接，对设于新建工程中的传感器的数据和设于既有工程中的传感器的数据进行处理。
14.进一步地，既有工程内设置的信号采集中继器采集的数据通过有线传输汇集到终端信号采集装置。
15.进一步地，所述新建工程包括：新建地铁隧道、新建地铁站、新建地下广场和新建地下建筑；所述既有工程包括：既有地上建筑、既有地铁隧道、既有地铁站和既有地下建筑。
16.本发明的有益效果为：1.本发明实现多参数综合考虑作用下的智能化因素多耦合预警而并非仅考虑单个参数的预警，可使预警更加的全面、及时、精确，并在第一时间进行施工段反馈，可实时分析新建工程各施工阶段多参数变化是否达到阶段阈值，是否需要进行阶段预警，可实现在
施工过程中的精准预警，根据不同的预警等级，进行不同程度的预警从而达到更加精确的预测结果，针对不同预警等级采取与之相应的处理措施，提供了更可靠的安全保障。
17.2.本发明设置的数据采集模块可以动态掌握地下既有工程例如既有地铁隧道或既有车站的动力响应情况，在新建工程的基坑开挖过程中可及时予以反馈，并且数据采集模块一次性布设完成，无需多次人工监测地下既有工程的变形等参数，减少劳动力，降低监测费用，实现动态监测。
18.3.本发明通过对地下既有工程如地铁隧道和既有地铁车站的实时监控有助于提高地下既有工程防灾减灾能力，同时计算机模型数据库设备依据基坑开挖大范围卸荷模型数据库对正在进行开挖的基坑进行预测，可实现基坑变形走向的实时预测。基坑开挖大范围卸荷模型数据库是通过计算机利用多参数变化进行建模，对模型进行不同阶段分析，对结果进行系统的总结分析，进而对不同参数建模和其形成的结果形成可调取数据库。数据库包含参数化建模形成的多种因素水平，可以随机组合建立包含基坑近接施工的各因素如基坑形状特征参数、近接量化参数、基坑施工工法、近接对象类型、近接施工安全评定准则等，可有效结合未建工程特征参数及时调出数据库中与之相似特征点位移内力等结果。
附图说明
19.图1为本发明中的系统模块示意图。
20.图2为本发明中的系统流程示意图。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.实施例1参照图1所示，智能多因素耦合主动监测预警系统，该系统依据现有的基坑开挖大范围卸荷模型数据库对正在施工的新建工程如新建工程的基坑健康状态实时预测，包括用以采集新建工程基坑内位移、压力、孔隙压力、水位等数据的数据采集模块，该数据采集模块布设在新建工程的基坑及既有工程如地铁隧道的关键部位，数据采集模块通过有线和/或无线传输与用以信号转接的信号接收装置连接，信号接收装置则通过有线和/或无线传输与用以对信号进行初步处理的信号处理装置进行连接，信号处理装置与总控台进行信号连接，同时总控台连接传感器对应视频监控设备和计算机模型数据库设备，计算机模型数据库设备接收来自基坑开挖大范围卸荷模型数据库的模型信息，其中基坑开挖大范围卸荷模型数据库包括参数化基坑模型，基坑开挖大范围卸荷模型数据库内的参数化基坑模型通过数值解析计算方法进行参数化建模，所涉及参数为基坑安全控制指标，包括新建工程基坑支护结构的竖向和水平位移，坑底隆起值以及既有地铁隧道拱顶和拱腰的变形，基坑开挖大范围卸荷模型数据库特点在于选取了影响基坑大范围卸荷过程中可能的影响因素，基坑开挖大范围卸荷模型数据库包含参数化建模形成的多种参数化新建工程模型，可充分反映因基坑参数变化而引起的基坑、既有隧道变形与内力状况，同时基坑开挖大范围卸荷模型数据库通过数值模拟典型的施工阶段并且可以将其用于施工过程的预测，总控台还连接分阶预警方案通知设备，分阶预警方案通知设备接收来自总控台对比分析得出的预警方案
数据。
23.本实施例中，通过对地铁隧道和既有地铁车站的实时监控可有助于提高地铁隧道防灾减灾能力，同时本发明主体采用智能化监测可减少误差，保证监测误差在可控、可接受范围内，而且智能多因素耦合主动监测预警系统依据基坑开挖大范围卸荷模型数据库对正在进行开挖的基坑进行预测，可实现基坑变形走向的实时预测，基坑开挖大范围卸荷模型数据库包括参数化建模形成的多种模型数据，可有效及时调出与多参数变化作用下基坑变形相应的模型，减少了数值模拟的时间，而且本发明可实时分析基坑开挖各阶段多参数变化是否达到阶段阈值，是否需要进行阶段预警，可实现在施工过程中的精准预警。
24.实施例2参照图1所示，数据采集模块包括位移传感器、压力传感器、孔隙压力传感器、水位传感器；位移传感器用于获取新建工程基坑周边既有工程如既有建筑物的位移、围护结构以及基坑周围土体的位移响应情况；压力传感器用于对基坑内坑底以及围护结构内力和既有工程如地铁隧道衬砌结构拱顶、拱腰、拱底的应力监测；孔隙压力传感器用于对基坑坑底及基坑四周侧壁的土壤孔隙压力进行监测；水位传感器用于对基坑坑底及基坑四周侧壁的地下水位的变化情况进行监测；所述位移传感器、压力传感器、孔隙压力传感器和水位传感器同时工作，可确保基坑数据的监测与既有地铁隧道各项数据的进行同步传输，确保数据的实时有效性。所述位移传感器、压力传感器、孔隙压力传感器和水位传感器同时工作组成开闭连测传感器系统，开闭连测传感器系统的数据多为无线信号传输，封闭空间下地铁、隧道的位移和应力变化更快，与基坑的变形位移和应力变化同步采集，可精准实现敞开和封闭环境下的信号的同步监控量测。
25.本实施例中，开闭连测传感器系统可以动态掌握既有隧道或既有车站的动力响应情况，在基坑开挖过程中可及时予以反馈，而且开闭连测传感器系统一次性可布设完成，无需多次人工监测隧道变形，减少劳动力，降低监测费用，实现动态监测。
26.实施例3参照图1
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2所示，传感器对应视频监控设备接收来自对应的传感器状态视频信息，用以在总控台传导给分阶预警方案通知设备时，进行视频信息核对。分阶预警方案通知设备用于通报基坑安全、超过预警数值的情况，其中超过预警数值的情况中出现参数突变时采取紧急应急预案，用以作为调整施工方案的依据。
27.本实施例中，通过视频监控设备对各个监测点的情况进行视频监控，为模型对比结果进行二次检验。当将新建工程中的具体参数输入至基坑开挖大范围卸荷模型数据库时，基坑开挖大范围卸荷模型数据库快速、自动建立含上述具体参数的新建工程的施工模型，根据新建工程所近接的既有工程的类型及重要性等级自动设置结构内力与变形的阈值，之后通过设计一定步数的施工步骤，自动形成新建工程所近接的既有工程随施工步骤变化的内力与变形的数值曲线。现场监测点布置的各类传感器构成的所述数据采集模块会自动通过有线/无线传输将监测数据传输至施工人员电脑显示器等视频监控终端，并根据上述监测数据绘制新建工程所近接的既有工程的内力与变形的监测曲线，实时捕捉结构的内力与变形随时间的发展规律，同时观察监测点各类传感器是否处于正常工作状态，将数据库输出的近接对象与传感器远程传输的内力与变形随施工步骤的变形规律绘制于同一图中，对比所述数值曲线与监测曲线，计算同一时间点上二者的差值及差值变化趋势，从而
同步对比数据库参数建模的可靠性，并根据差值修正基坑开挖大范围卸荷模型数据库，进一步降低误测的概率。
28.实施例4参照图1
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2所示，数据采集模块、信号接收装置和信号处理装置间的信号传输路径包含：将基坑坑底及基坑侧壁分区编号，在各分区内分别布置相应的传感器，将采集的多个基坑的多种数据分别发送至设置在不同分区的信号接收中继器；基坑位移传感器布置采取全方面较为均匀的布置方式进行布置，布置间距为5m~10m，形成一个监测网；在既有地铁隧道的拱顶、拱腰、拱底等位置分别布设位移传感器，应力传感器，用于监测隧道拱顶、拱腰、拱底等位置的变形及应力；在基坑开挖所影响的既有地铁隧道内设置信号采集中继器；将基坑中设置的信号接收中继器和隧道内设置的信号采集中继器采集的数据汇集到终端信号采集装置；将设于新建工程中的传感器的数据和设于既有工程中的传感器的数据通过终端数据采集装置传递至信号接收装置；信号接收装置直接与信号处理装置进行连接，对设于基坑中的传感器的数据和设于隧道中的传感器的数据进行及时、同步、有效处理。
29.本实施例中，通过利用数据采集模块内的各个传感器，按照要求安装在既定的基坑与隧道内的位置，然后将传感器利用信号采集中继器和信号接受中继器连接在信号接收装置与信号处理装置上，使得本发明的传感器与信号处理装置间的连接稳定且高效，降低数据检测出错的概率。
30.实施例4参照图1
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2所示，本发明通过各传感器测得基坑位移、应力、孔隙压力等数据，同时测得既有地铁隧道的数据，根据现场实际情况进行一个初步的筛选，剔除具有明显错误的数据，保证监测数据的准确性；影响基坑和既有地铁隧道变形的关键数据与经过参数化建模形成的基坑开挖大范围卸荷模型数据库进行比对，直观快速有效的从基坑开挖大范围卸荷模型数据库中找到与之相对应的模型；通过基坑开挖大范围卸荷模型数据库内的多种模型数据模型可监测变形的阶段性发展情况和在此参数作用下变形的发展趋势，可了解地基和既有地铁隧道实时状况和变形发展情况；根据监测的参数数据，判断监测值是否达到阈值；将影响其变形的参数进行综合考虑，不仅限于单个参数的阈值，考虑多参数未达到阈值情况下，是否发生预警以及发出何种预警并同步反馈到现场施工人员；将多参数下的实际变形综合考虑，并合理的进行分级，达到各分级的阈值，进行相应等级的分阶段、终阶段预警；预警可根据基坑位移、应力等参数实际的变化情况进行等级的划分，主要包括三个阶段预警，分别为黄色预警、橙色预警、红色预警。
31.其中：
黄色预警：多参数监测项目的累计变化量或变化速率均超过阈值的60%，或者单个监测项目的累计变化量或变化速率中有一个超过监测控制值的70%，当参数达到上述变化时，第一时间反映给现场施工单位人员，现场施工单位人员上报给施工、监理、业主单位，各方密切关注参数动态，同时组织各方人员进行分析处理，制定相关措施，变形得到控制以后方可解除警报；橙色预警：多个监测项目的累计变化量或变化速率均超过阈值的70%，或者单个监测项目的累计变化量或变化速率其中一项超过阈值的85%，当参数达到上述变化时，第一时间反馈到项目部人员，项目部人员通知施工人员，暂停施工，并通知施工、监理、业主单位实时关注动态并组织讨论，制定相关措施，再次进行评估，当恢复到正常情况时，继续施工；红色预警：多个参数监测项目的累计变化量或变化速率均超过监测控制值85%，或单个监测项目累计变化量或变化速率超过阈值或者某项参数发生突变，首先反馈到一线施工人员，采取紧急避险措施，在保证自身安全情况下，有序撤离施工现场，疏散周边可能会影响到的人群，上报项目单位，监理，业主单位，对突发状况做出下一步具体措施，各方引起高度重视，采取应急预案。
32.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。