CN113404029A - 基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提及一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，包括监控点创建模块、监控点管理模块、信息采集模块、阈值管理模块和监控预警模块；本发明利用监控点创建模块接收外部导入的施工区域内任意一个深基坑的基本信息、环境信息、土质信息和施工进度规划，对导入数据进行解析，分析得到该深基坑包含的所有监控对象、以及每个监控对象的监控参数和相应的参数阈值，采用数字孪生技术，结合各深基坑不同的特性对所有深基坑进行统一监控和管理，通过监测深基坑支撑体系状态变化，进行自动预警。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程深基坑监测领域，属于一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统。
背景技术
工程中基坑开挖的深度已经超过了5米，同时也是包括5米的，这种情况下就属于深基坑，但如果深度并没有超过5米，可是周围的环境和地质的条件比较复杂，这种情况下也可以被称之为深基坑。作为深基坑工程不仅仅要和地质条件有关，还要和与基坑相邻的其他建筑物有很大的关系，在进行基坑施工的时候，也需要保护周围建筑物以及一些设施的安全，因此深基坑监测就非常的重要，目前深基坑监测分为人工监测和智能化监测，传统的人工监测需要监测人员有很强的专业能力，并且人工监测往往会有较高的错误率，而自动化的监测功能往往都相对单一，只能监测深基坑通用结构件的位移和沉降值，并且为了确保监控效果，通常会将阈值设的较低，导致误报预警频繁出现，增加了运维成本。因此，目前急需一种定制化的系统，能够根据不同深基坑特性，随时随地了解深基坑的状态进行预测和准确的风险预警系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种数字孪生技术平台为基础，物联网集成平台为依托，智能应力感知设备结合物联网监测平台为手段，将现场深基坑支撑体系监测的状态实时监测起来，解决随时随地了解深基坑支撑状态进行预测和准确的风险预警系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，包括监控点创建模块、监控点管理模块、信息采集模块、阈值管理模块和监控预警模块。
所述监控点创建模块用于接收外部导入的施工区域内任意一个深基坑的基本信息、环境信息、土质信息和施工进度规划，对导入数据进行解析，分析得到该深基坑包含的所有监控对象、以及每个监控对象的监控参数和相应的参数阈值，结合深基坑的基本信息和分析结果创建新的监控点，为监控点和监控对象分配独有的监控点编号和监控对象编号。
所述监控点管理模块用于管理不同编号的监控点和监控对象，所述监控对象类别包括支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑、周边管线及设施。
所述监控预警模块接收安装在各个监控对象上的传感器发来的位移和沉降数据，所述位移和沉降数据包括基坑水平位移及竖向位移、基坑深层水平位移、基坑锚索拉力、基坑支护桩结构内力、基坑水位，结合环境信息对该监控点和监控对象的数据进行处理。
所述阈值管理模块根据当前进度和当前信息采集模块发来的位移和沉降数据，结合环境信息和阈值管理模块发送的该监控点和监控对象当前阈值，调取该深基坑对应的预警算法对它进行分析处理。
进一步的，所述深基坑的基本信息包括深基坑坑体的物理参数信息、固定结构件的相关信息以及包含的监测设备的相关信息；所述物理参数信息包括围墙、周边管线；所述固定结构件的相关信息包括立柱、锚杆、土钉；所述监测设备的相关信息包括测斜仪、水准仪、全站仪。
进一步的，所述环境信息分为天气信息和对深基坑存在扰动影响的其他项目的相关信息，包括地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑、周边管线及设施。
进一步的，所述土质信息包括深基坑自身土质、周边土质以及开挖中变化的土质信息。
进一步的，所述阈值管理模块根据当前进度和当前信息采集模块发来的位移和沉降数据，结合环境信息和阈值管理模块发送的该监控点和监控对象当前阈值，调取该深基坑对应的预警算法对它进行分析处理的过程包括以下步骤：
步骤1，测量、收集深基坑全面的要素信息，包括地基土质、开挖深度、相邻地表和地下建筑物地基基础及重要性、地下管线信息。将这些信息录入监测系统，生成具有针对性、个性化的深基坑监测阈值。
步骤2，基于传感器收集到的实时信息，比对深基坑现状与告警阈值的关系，自动决策警戒状态。警戒状态包括红色警戒、黄色警戒、绿色常规状态。红色警戒表示对应基坑支护结构已出现整体失稳的各种迹象，应采取紧急工程措施抢险或对人员设备进行撤离；黄色警戒表示对应于基坑支护结构已出现潜在与局部失稳的一些迹象，除正常工程措施外，还应着手于预案启动准备；绿色常规状态表示总体上按正常工程措施实施或运行。
进一步的，所述深基坑监测预警的智能系统通过图形化界面显示各深基坑及监控对象的参数和预警信息。
进一步的，所述深基坑监测预警的智能系统通过通信模块与指定移动终端进行通讯，根据移动终端发送的控制指令，调整/解除对应监控对象的预警状态。
本发明的有益效果在于：
1、采用数字孪生技术对于项目中的深基坑进行实现实时监管，通过监测深基坑支撑体系状态变化，进行自动预警，使责任人积极响应。
2、结合各深基坑不同的特性，通过对录入和采集监控点以及监控对象的参数变化对比，对不同的深基坑进行统一的监控和管理。
3、根据深基坑不同的特性对监控点和监控对象进行分析处理，解析得到各监测点的阈值管理算法，从而根据深基坑的特性进行个性化定制预警值，解决传统人工监测导致的人员专业性限制问题和人工错误率较高的问题，同时也解决了智能化监测相对单一，预警频繁的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统的工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本实施例提及一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，包括监控点创建模块、监控点管理模块、信息采集模块、阈值管理模块和监控预警模块。
一、监控点创建模块
监控点创建模块用于接收外部导入的施工区域内任意一个深基坑的基本信息、环境信息、土质信息和施工进度规划；此处的深基坑的基本信息包括坑体的物理参数信息、包含的固定结构件的相关信息，以及包含的移动设备的相关信息。对导入的深基坑基本信息进行解析，分析得到该深基坑包含的所有监控对象、以及每个监控对象的监控参数和相应的参数阈值，结合深基坑的基本信息和分析结果创建新的监控点，为监控点和监控对象分配独有的监控点编号和监控对象编号。
以地铁深基坑为例，地铁建造会同时开挖多个深基坑，每个深基坑都有存在一定的差异。首先，对导入的各深基坑基本信息进行拆分解析，分析得到各深基坑所包含的监控对象、监控参数和相应的参数阈值，为监控点和监控对象分配独有的监控点编号和监控对象编号。
二、监控点管理模块
监控点管理模块用于管理不同编号的监控点和监控对象。
此处监控对象包括以下几种：支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑、周边管线及设施。
三、监控预警模块
监控预警模块接收安装在各个监控对象上的传感器发来的位移和沉降数据，所述位移和沉降数据包括基坑水平位移及竖向位移、基坑深层水平位移、基坑锚索拉力、基坑支护桩结构内力、基坑水位，结合环境信息对该监控点和监控对象的数据进行处理。此处的深基坑监测预警的智能系统通过图形化界面显示各深基坑及监控对象的参数和预警信息，并会通过通信模块与指定移动终端进行通讯，根据移动终端发送的控制指令，调整/解除对应监控对象的预警状态。
例如，地铁建造时，开挖深基坑A和深基坑B，通过监测点创建模块分析得到深基坑A和深基坑B包含的所有监控对象、以及A深基坑和B深基坑的监控对象的监控参数和相应的参数阈值，分别设为A1、A2……An；B1、B2……Bn。假设当深基坑A中A4监控对象的数据发生变化，监控预警模块将结合环境信息对深基坑A中A4的数据进行处理，当解析得到的实时参数超出当前位移阈值时，监控预警模块将深基坑A中A4的报警状态以及报警位置，推送至移动终端或web端，移动终端或web端可以对深基坑A中A4数据进行实时自动刷新，此时图形化界面会显示A深基坑的预警状态以及A4监控对象的预警信息和位置，并将A4的相关预警信息发送至责任人，责任人根据相关信息进行整改。
四、阈值管理模块
阈值管理模块根据当前进度和当前信息采集模块发来的位移和沉降数据，结合环境信息和阈值管理模块发送的该监控点和监控对象当前阈值，调取该深基坑对应的预警算法对它进行分析处理，此处分析处理的过程包括以下步骤：
步骤1，测量、收集深基坑全面的要素信息，包括地基土质、开挖深度、相邻地表和地下建筑物地基基础及重要性、地下管线信息。将这些信息录入监测系统，生成具有针对性、个性化的深基坑监测阈值。
步骤2，基于传感器收集到的实时信息，比对深基坑现状与告警阈值的关系，自动决策警戒状态。警戒状态包括红色警戒、黄色警戒、绿色常规状态。红色警戒表示对应基坑支护结构已出现整体失稳的各种迹象，应采取紧急工程措施抢险或对人员设备进行撤离；黄色警戒表示对应于基坑支护结构已出现潜在与局部失稳的一些迹象，除正常工程措施外，还应着手于预案启动准备；绿色常规状态表示总体上按正常工程措施实施或运行。
例如，在建造房屋建造中，遇到降雨导致深基坑在逐渐蓄水，阈值管理模块将结合环境信息中的天气变化情况对预警阀值自动进行调整，通过信息采集模块获取后续3天内将连续降雨，并存在可能出现的水位线超出预警值的情况，监控预警模块会对阀值信息进行调整，将水位线阈值适当调低，使管理人员可以提前进行避险布置；反之，如果降雨是短期性的，那么水位线阈值可以不做变动。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，包括监控点创建模块、监控点管理模块、信息采集模块、阈值管理模块和监控预警模块；
所述监控点创建模块用于接收外部导入的施工区域内任意一个深基坑的基本信息、环境信息、土质信息和施工进度规划，对导入数据进行解析，分析得到该深基坑包含的所有监控对象、以及每个监控对象的监控参数和相应的参数阈值，结合深基坑的基本信息和分析结果创建新的监控点，为监控点和监控对象分配独有的监控点编号和监控对象编号；
所述监控点管理模块用于管理不同编号的监控点和监控对象，所述监控对象类别包括支护结构、地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑、周边管线及设施；
所述监控预警模块接收安装在各个监控对象上的传感器发来的位移和沉降数据，所述位移和沉降数据包括基坑水平位移及竖向位移、基坑深层水平位移、基坑锚索拉力、基坑支护桩结构内力、基坑水位，结合环境信息对该监控点和监控对象的数据进行处理；
所述阈值管理模块根据当前进度和当前信息采集模块发来的位移和沉降数据，结合环境信息和阈值管理模块发送的该监控点和监控对象当前阈值，调取该深基坑对应的预警算法对它进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，所述深基坑的基本信息包括深基坑坑体的物理参数信息、固定结构件的相关信息以及包含的监测设备的相关信息；所述物理参数信息包括围墙、周边管线；所述固定结构件的相关信息包括立柱、锚杆、土钉；所述监测设备的相关信息包括测斜仪、水准仪、全站仪。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，所述环境信息分为天气信息和对深基坑存在扰动影响的其他项目的相关信息，包括地下水状况、基坑底部及周边土体、周边建筑、周边管线及设施。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，所述土质信息包括深基坑自身土质、周边土质以及开挖中变化的土质信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，所述阈值管理模块根据当前进度和当前信息采集模块发来的位移和沉降数据，结合环境信息和阈值管理模块发送的该监控点和监控对象当前阈值，调取该深基坑对应的预警算法对它进行分析处理的过程包括以下步骤：
步骤1，测量、收集深基坑全面的要素信息，包括地基土质、开挖深度、相邻地表和地下建筑物地基基础及重要性、地下管线信息。将这些信息录入监测系统，生成具有针对性、个性化的深基坑监测阈值；
步骤2，基于传感器收集到的实时信息，比对深基坑现状与告警阈值的关系，自动决策警戒状态。警戒状态包括红色警戒、黄色警戒、绿色常规状态。红色警戒表示对应基坑支护结构已出现整体失稳的各种迹象，应采取紧急工程措施抢险或对人员设备进行撤离；黄色警戒表示对应于基坑支护结构已出现潜在与局部失稳的一些迹象，除正常工程措施外，还应着手于预案启动准备；绿色常规状态表示总体上按正常工程措施实施或运行。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，所述深基坑监测预警的智能系统通过图形化界面显示各深基坑及监控对象的参数和预警信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的施工现场深基坑智能监测预警系统，其特征在于，所述深基坑监测预警的智能系统通过通信模块与指定移动终端进行通讯，根据移动终端发送的控制指令，调整/解除对应监控对象的预警状态。
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