CN115167212B - 基于监测平台的基坑动态施工控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于监测平台的基坑动态施工控制系统及方法，系统包括工程可视化模块、基坑无线监测模块、数据分析模块、理论分析交互模块、动态施工控制模块和报警模块，以监测数据为基础，通过将监测数据和多组理论计算结果进行对比，选取最优的计算工况，预测下一阶段基坑状态变化，以此保证下一阶段的施工安全，具有操作便捷、成本低、实时分析等优点。该方法考虑了基坑场地范围内地质条件、地下水、施工工序等因素的影响，能够定量地预测基坑各个施工阶段的变化趋势，包含但不限于支护结构变形、地下水位变化、支撑轴力变化、周边环境影响等。该方法可有效降低基坑施工风险，还能为基坑施工过程中措施调整、成本控制、科研分析等提供帮助。

Description

基于监测平台的基坑动态施工控制系统及方法

技术领域

本公开涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种基于监测平台的基坑动态施工控制系统及方法。

背景技术

随着我国土木行业的快速发展，轨道交通、超高层建筑、大规模市政等工程领域都面临深大基坑工程，其基坑的深度越来越深、规模越来越大，对基坑周边环境的影响也更加明显。一方面，基坑变形随开挖深度增大，深大基坑的施工流程工序多且复杂，需监测项目繁多，当场地存在软土、承压水时更增加了基坑变形控制难度。另一方面，城区中的基坑对变形控制要求高，若施工控制不当可能会对周边环境产生较大影响。因此基坑施工过程中的采用有效的监测分析手段，可提前判断基坑后续施工的安全，避免工程事估的发生。

近几年来，基于无线采集功能的监测平台被越来越多地应用到工程施工过程中，可提供监测数据采集、监测数据分析、监测可视化等功能。无线监测系统一般由设备层、监测数据中台层、监测平台层组成。设备层提供各类监测传感器，由现场智能监测采集基站实现监测数据中继，通过4G/5G技术将监测数据传输至服务器中，通过软接口传输至监测平台中，供工程人员使用。

目前，基坑施工的监测平台多以监测数据采集分析、监测模型展示等功能为主，且监测数据分析多采用数据回归拟合，缺少基坑计算分析和监测数据交互的功能。由于基坑开挖面积大，受力形式复杂，受地质条件、施工工艺、地下水等因素影响，监测数据仅反应历史变化，通过对监测数据进行数学回归分析也难以预测基坑后续的变化趋势，为基坑工程施工安全控制、施工分析、运营维护、科研工作等带来了困难。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提出一种基于监测平台的基坑动态施工控制系统及方法，通过以监测数据为基础，通过将监测数据和多组理论计算结果进行对比，选取最优的计算工况，预测下一阶段基坑状态变化，以此保证下一阶段的施工安全，具有操作便捷、成本低、实时分析等优点。该方法考虑了基坑场地范围内地质条件、地下水、施工工序等因素的影响，能够定量地预测基坑各个施工阶段的变化趋势，包含但不限于支护结构变形、地下水位变化、支撑轴力变化、周边环境影响等。该方法可有效降低基坑施工风险，还能为基坑施工过程中措施调整、成本控制、科研分析等提供帮助。

本申请一方面，提出一种基于监测平台的基坑动态施工控制系统，包括：

工程可视化模块，用于登记工程信息和监测信息、导入基坑可视化模型和监测点编号，并通过所述基坑可视化模型根据所述监测点编号对所述基坑无线监测模块获取的所述监测数据进行动态可视化显示；

基坑无线监测模块，用于对基坑进行监测，获得基坑的监测数据并上传；

数据分析模块，用于获取所述监测数据并进行预处理，根据所述监测数据得到动态变化的趋势拟合曲线，通过所述趋势拟合曲线进行基坑施工监测分析和后续数值计算修正；

理论分析交互模块，用于通过所述趋势拟合曲线输入所述监测数据并将所述监测数据和理论计算值进行对比分析，且对所述监测数据和理论计算值按照基坑分段和基坑分区进行参数反演计算分析；

动态施工控制模块，用于划分施工阶段、基坑分段和基坑分区，进行施工分阶段控制计算和分区段参数反演计算，得到不同阶段和区段内的施工允许误差和报警值，根据所述施工允许误差计算得到预测值，通过所述预测值和所述报警值定量预测基坑各个施工阶段、基坑分段和基坑分区的基坑动态施工变化趋势；其中，所述报警值包括预测值预警阈值、监测值预测阈值和允许偏差值。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，所述基坑无线监测模块，包括：

若干采集传感器，用于对基坑的监测项目进行数据监测和数据采集，获得并发送所述监测数据；

智能采集基站，用于接收并发送所述监测数据至服务器；

服务器，用于接收并储存所述监测数据；

无线监测模块，用于获取所述服务器中的所述监测数据，并根据监测点对所述监测数据进行报表管控。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，所述监测项目包括如下基坑施工检测对象中的至少一种：

围护结构/边坡的顶部沉降、深层水平位移、立柱竖向位移、坑底隆起、支撑内力、立柱内力、锚杆、土钉内力、地下水位、孔隙水压力、周边地表竖向位移、周边构筑物沉降、周边构筑物水平位移或周边构筑物倾斜。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，所述监测数据，包括：

监测点编号、监测数据采集时间和监测值；

其中，所述监测点编号用于使得所述工程可视化模块能够根据所述监测点编号进入无线监测模块实时查看监测数据报表。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，还包括报警模块，用于判断所述预测值和所述监测数据是否超过预设的报警值，具体的：

判断所述预测值是否超过所述预测值预警阈值，若是超过，则自动报警；

判断所述监测数据是否超过所述监测值预测阈值，若是超过，则自动报警；

判断所述监测数据与所述预测值之间的偏差是否超过预设的允许偏差值，若是超过，则自动报警。

本申请另一方面，提出一种实施上述所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统的方法，包括如下步骤：

S100、登录平台，新建工程；

S200、通过工程可视化模块登记工程信息、导入基坑可视化模型和监测信息登记，创建监测点并进行监测点编号；

S300、通过动态施工控制模块划分施工阶段，并划分基坑分段和基坑分区的动态施工控制阶段；

S400、通过理论分析交互模块登记计算模型信息，并导入按照动态施工控制模块的计算步骤进行线下计算得到的计算结果；

S500、在报警模块中，依次设置每个基坑区段的预测值报警阈值、计算允许偏差值和监测报警阈值；

S600、正式开始施工。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，还包括如下步骤：

S700、通过基坑无线监测模块对基坑进行监测，获得并上传基坑的监测数据；以及根据所述监测数据，对动态施工控制模块中划分的基坑区段，在相同工况、相同施工进度条件下分别进行理论计算模型的参数反演分析；

S800、通过数据分析模块获取所述监测数据并进行降噪处理，并根据所述监测数据拟合监测项目的变化趋势曲线；提取多组基坑全施工过程中已施工部分的计算结果，并拟合理论计算值的变化趋势曲线；

S900、通过理论分析交互模块提取所述监测项目和理论计算值的变化趋势曲线并显示在同一坐标系中，将所述监测数据和理论计算值进行对比分析，且根据分析结果对所述基坑分段和基坑分区进行参数反演计算；

S1000、在动态施工控制模块中，提取后续施工阶段的计算结果，按施工阶段输出阶段预测值；

S1100、通过所述报警模块判断后续施工阶段的所述阶段预测值是否超过在报警模块中设置的报警值，根据判断结果进行施工预处理。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，在步骤S1100中，通过所述报警模块判断后续施工阶段的所述阶段预测值是否超过在报警模块中设置的报警值，根据判断结果进行施工预处理，包括：

S1101、提取动态施工控制模块中各基坑区段的后续施工阶段预测值；

S1102、在下一施工阶段施工前，判断所述阶段预测值是否超过预测值预警阈值：

是则报警，并停止后续施工，分析预测值报警原因，并判断是否调整计算模型和/或加强措施；否则继续进行后续阶段施工，上传后续施工的监测数据；

S1103、判断步骤S1102中进行后续阶段施工得到的所述监测数据是否超过监测值预测阈值：

是则报警，停止施工，并分析报警原因；否则后续阶段继续施工；

S1104、判断阶段预测值与所述监测数据之间的偏差是否超过预设的允许偏差值：

是则报警，并判断是否需要重新修正理论计算模型并更新所述数据分析模块中的监测数据；否则后续阶段继续施工。

本申请另一方面，还提出一种基坑动态施工控制系统，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现上述所述的方法。

本发明的技术效果：

本申请包括工程可视化模块、基坑无线监测模块、数据分析模块、理论分析交互模块、动态施工控制模块和报警模块，以监测数据为基础，通过将监测数据和多组理论计算结果进行对比，选取最优的计算工况，预测下一阶段基坑状态变化，以此保证下一阶段的施工安全，具有操作便捷、成本低、实时分析等优点。该方法考虑了基坑场地范围内地质条件、地下水、施工工序等因素的影响，能够定量地预测基坑各个施工阶段的变化趋势，包含但不限于支护结构变形、地下水位变化、支撑轴力变化、周边环境影响等。该方法可有效降低基坑施工风险，还能为基坑施工过程中措施调整、成本控制、科研分析等提供帮助。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出为本发明实施例1中基于监测平台的基坑动态施工控制系统的应用系统组成示意；

图2示出为本发明实施例2中施工准备阶段的实施流程示意图；

图3示出为本发明实施例2中正式施工阶段的实施流程示意图；

图4示出为本发明实施例2中报警模块的工作流程示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

本实施例中，附图中描述的模块或者实施步骤，仅仅是其中简要描述，并不代表其对应的模块或者实施步骤仅仅为附图所描述，应当结合下述实施例具体的记载描述方案进行理解。

在本实施例中，各个模块之间的数据传输方式，通过用户选择的模块或者系统的应用设施决定比如采集基坑监测数据的采集传感器，可以采用配置的数据线进行数据传输。因此，可以根据通信协议或者常规通信方式，可以选择有线或者无线的方式，本实施例不再进行限制和赘述。

实施例1

本申请通过将监测数据和多组理论计算结果进行对比，选取最优的计算工况结果作为下一阶段基坑状态变化预测值，以此保证下一阶段的施工安全。并在施工过程中随着新增监测数据不断修正计算模型。若预测值超限、预测值允许偏差超限、监测值超限时，进行自动报警。

监测平台主要包括工程可视化模块、基坑无线监测模块、数据分析模块、理论分析交互模块、动态施工控制模块和报警模块。

如图1所示，本申请一方面，提出一种基于监测平台的基坑动态施工控制系统，包括：

1)基坑无线监测模块，用于对基坑进行监测，获得基坑的监测数据并上传；作为本申请的一可选实施方案，可选地，所述基坑无线监测模块，包括：

若干采集传感器，用于对基坑的监测项目进行数据监测和数据采集，获得并发送所述监测数据；

智能采集基站，用于接收并发送所述监测数据至服务器；

服务器，用于接收并储存所述监测数据；

无线监测模块，用于获取所述服务器中的所述监测数据，并根据监测点对所述监测数据进行报表管控。

本发明中监测平台及动态施工控制系统包含(但不限于)的监测项目有：围护结构/边坡的顶部沉降、深层水平位移、立柱竖向位移、坑底隆起、支撑内力、立柱内力、锚杆、土钉内力、地下水位、孔隙水压力、周边地表竖向位移、周边构筑物沉降、周边构筑物水平位移、周边构筑物倾斜等。监测项目可以根据现场需求进行更换、增减和调整。

为实现基坑自动化无线监测，本发明提供基坑无线监测模块。施工开始后，在现场布设基坑的监测传感器、无线采集基站等设备，传感器实时获取的数据由物联网系统传输至智能采集基站，再由智能采集基站通过4G/5G传输至公司服务器后，由服务器与监测平台的接口协议上传至平台中的无线监测模块。具体的硬件/电子设施的型号和规格等，由用户选择即可，本实施例不进行限定。

其中，无线采集到的监测数据对应平台基坑结构模型中监测点编号，上传的监测数据包含：监测点编号、监测数据采集时间、基坑施工的监测值。

通过工程可视化模块可以选择监测点并进入监测模块实时查看监测数据报表。

2)数据分析模块，用于获取所述监测数据并进行预处理，根据所述监测数据得到动态变化的趋势拟合曲线，通过所述趋势拟合曲线进行基坑施工监测分析和后续数值计算修正；

数据分析模块主要用于实现监测数据、理论计算值的数据分析功能。

数据分析模块提取无线监测模块中的监测数据。监测数据传输完成后，由于现场传感器可能受到扰动，出现监测值异常情况。因此在监测趋势拟合前，应对监测数据进行降噪处理，剔除异常监测数据。

数据分析采用趋势曲线拟合的方式，该功能主要用于监测分析和后续数值计算修正，包含(但不限于)：监测点的累计变化曲线、理论计算变化曲线、自定义时间段/施工阶段监测变化曲线、自定义施工阶段理论计算变化曲线。

其中，趋势拟合曲线分为两类：

a、某一时间段/施工阶段，沿构件长度方向的监测值/计算值累计变化曲线。例如钢支撑轴力沿支撑方向的的累计变化曲线、围护结构沿基坑深度方向的水平位移累计变形曲线、地面沿路线里程号的累计沉降变化曲线等。

b、某一监测点在一定时间段/施工阶段内的变化曲线。例如地面某一点沉降随时间的变化曲线、围护结构最大水平位移点随时间的水平位移变化曲线等、地下水位随时间变化曲线等。

3)理论分析交互模块，用于通过所述趋势拟合曲线输入所述监测数据并将所述监测数据和理论计算值进行对比分析，且对所述监测数据和理论计算值按照基坑分段和基坑分区进行参数反演计算分析；

理论分析交互模块实现监测数据和计算结果对比分析、计算参数反演，主要进行：

a、理论模型信息登记：对采用的计算软件、岩土计算本构、计算参数、计算范围、单元类型、网格数量、边界条件、地下水、施工工序等进行录入。

b、在项目前期，通过对工程范围内土体计算参数进行正交试验、均匀试验等组合方法，形成多组计算参数。

通过基坑相关的计算软件，分别计算不同计算参数组合下的基坑全过程施工变化趋势，并提取各施工阶段的计算结果为excel表格形式。需指出的是，此处基坑全过程施工计算是指从基坑施工的第一道工序开始施工到最后一道工序施工完毕，由于基坑需要计算的项目多、相关计算软件各有优施。

为方便实现计算结果的快速录入，本发明提供计算结果的快速录入功能：依托导出为excel格式的计算结果，通过在本系统中导入excel的形式实现计算值的分类快速录入，以便后续与监测数据对比分析。需要特别指出的是，计算结果录入需要明确施工阶段，以便后续在相同施工节点下进行模型修正。

提取与现场施工相同进度前的所有计算值，即提取计算结果中已施工部分的计算值，以保证计算值与监测数据在相同工况、相同进度下进行对比分析。

c、提取监测数据的趋势曲线，作为本模块的输入值。

d、计算参数反演：将上述多组的计算结果和监测数据在同一坐标系中显示。选取与实际监测拟合最为接近的一组或几组，若拟合较好(在允许误差范围内)，则选取最为接近的计算参数进行下一步预测。若不存在拟合较好的一组计算结果，则根据较相近的几组计算参数重新建立新的一组或几组，通过线下的基坑分析软件重新计算，并重新录入分析，直到拟合误差在允许范围内，输出拟合后的计算参数。

需特别指出，不同的基坑分区、分段需要独立进行计算参数反演分析。

4)动态施工控制模块，用于划分施工阶段、基坑分段和基坑分区，进行施工分阶段控制计算和分区段参数反演计算，得到不同阶段和区段内的施工允许误差和报警值，根据所述施工允许误差计算得到预测值，通过所述预测值和所述报警值定量预测基坑各个施工阶段、基坑分段和基坑分区的基坑动态施工变化趋势；其中，所述报警值包括预测值预警阈值、监测值预测阈值和允许偏差值。

动态施工控制模块主要用于实现基坑施工全过程的动态控制：

考虑到工程范围内可能存在地质条件变化较大的情况，因此基坑不同的位置处的监测值会差别较大，反演出的计算参数也会不同。同时，不同周边环境对基坑变形的控制标准也不相同，因此有必要对基坑分段、分区地进行反演计算分析。在施工前已经进行了多组计算参数的计算，有足够的样本实现上述多标段的反演。

a、施工阶段划分：在施工前，根据工程特点划分出不同重要等级的施工节点，阶段划分与基坑分析计算中采用的分析步要相对于，以便后续施工分阶段控制。

b、基坑分区、分段划分：根据基坑的地质条件、周边环境等划分区段，以便分区段进行计算参数反演。

c、根据基坑的控制标准划分区段，确定不同区段内的允许误差和报警值。例如在周边无影响段基坑控制标准可适当降低，监测阈值可参考现行规范和设计文件；在周边由邻近建筑物段，监测值阈值要根据设计文件进行调整，同时该区段内的预测值与监测值误差应更为严格。

d、阶段控制值预测,提取修正后模型的后续施工阶段计算结果作为预测值，并按照划分的施工阶段输入预测值，预测后续基坑发展趋势。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，还包括：

工程可视化模块，用于登记工程信息和监测信息、导入基坑可视化模型和监测点编号，并通过所述基坑可视化模型根据所述监测点编号对所述基坑无线监测模块获取的所述监测数据进行动态可视化显示。

为了实现基坑工程工程信息、监测信息、施工预警等可视化展示，本发明提供工程可视化模块：

a、用户可以在工程可视化模块中录入工程信息，工程信息包含但不限于：项目名称、所属单位、项目地点、基坑等级、基坑尺寸、开竣工日期、基坑支护结构类型、地质情况、周围环境等工程信息；

b、导入包含坐标的基坑可视化模型，可采用二维的CAD平面模型或者三维BIM模型作为可视化展示。

c、由设计或第三方资料确定基坑的监测类型、监测点位置、传感器位置、无线传输类型等监测信息。

在监测平台的基坑结构模型中，根据所有监测点坐标建立对应的监测点编号，并在基坑模型中可视化显示。通过工程可视化模块可以选择监测点并进入监测模块实时查看监测数据报表。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，所述监测数据，包括：

监测点编号、监测数据采集时间和监测值；

其中，所述监测点编号用于使得所述工程可视化模块能够根据所述监测点编号进入无线监测模块实时查看监测数据报表。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，还包括报警模块，用于判断所述预测值和所述监测数据是否超过预设的报警值，具体的：

判断所述预测值是否超过所述预测值预警阈值，若是超过，则自动报警；

判断所述监测数据是否超过所述监测值预测阈值，若是超过，则自动报警；

判断所述监测数据与所述预测值之间的偏差是否超过预设的允许偏差值，若是超过，则自动报警。

报警模块主要用于实现预测值过大预警、预测偏差过大预警、监测值过大预警：

报警分为三种情况：

a、预测值过大预警

设定预测值的预警阈值，当预测值超过阈值时自动报警，在施工前预警可以有效地避免后续施工发生过大变形。

b、预测偏差过大预警

在后续施工过程，实时获取的监测数据与预测值实时对比，当监测值与预测值发生较大偏差时，自动报警。此时要分析报警原因，即施工影响还是模型修正的误差较大，并对模型进行相应调整。

c、监测值过大预警

设定监测值的预警阈值，当监测值超过阈值时自动报警，分析报警原因。

在报警模块中，可以提取动态施工控制模块中各基坑区段的后续施工阶段预测值，分析后续施工是否在安全范围内。

若下一阶段的预测值超过预测值报警阈值，则提前报警，停止后续施工，并采取施工加强措施。

若后续实时获取的监测值与预测值偏差超过允许偏差值，则实时报警，分析误差产生的原因，判断是否需要重新修正模型。若需要，则重新修正模型后继续预测后续施工的基坑发展趋势。

若后续的监测值超过监测值报警阈值，停止施工并分析原因，重新修正计算模型后继续预测后续施工的基坑发展趋势。

因此可以通过能够报警模块对阶段、区段的施工过程进行有效监测、预警。

需要说明的是，尽管以作为示例介绍了如上监测对象和登记对象，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据实际应用场景灵活设定监测对象和登记对象，只要可以按照上述技术方法实现本申请的技术功能即可。

上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

实施例2

基于实施例1的实施原理，本申请另一方面，提出一种实施上述所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统的方法，在基坑施工前，包括如下步骤：

S100、登录平台，新建工程；

S200、通过工程可视化模块登记工程信息、导入基坑可视化模型和监测信息登记，创建监测点并进行监测点编号；

S300、通过动态施工控制模块划分施工阶段，并划分基坑分段和基坑分区的动态施工控制阶段；

S400、通过理论分析交互模块登记计算模型信息，并导入按照动态施工控制模块的计算步骤进行线下计算得到的计算结果；

S500、在报警模块中，依次设置每个基坑区段的预测值报警阈值、计算允许偏差值和监测报警阈值；

S600、正式开始施工。

如图2所示，在正式开工前，需要进行工程登记、建立平台模型、创建监测点、理论计算、计算结果录入、施工工序划分、基坑分段分区划分等工作。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，还包括如下步骤：

S700、通过基坑无线监测模块对基坑进行监测，获得并上传基坑的监测数据；以及根据所述监测数据，对动态施工控制模块中划分的基坑区段，在相同工况、相同施工进度条件下分别进行理论计算模型的参数反演分析；

S800、通过数据分析模块获取所述监测数据并进行降噪处理，并根据所述监测数据拟合监测项目的变化趋势曲线；提取多组基坑全施工过程中已施工部分的计算结果，并拟合理论计算值的变化趋势曲线；

S900、通过理论分析交互模块提取所述监测项目和理论计算值的变化趋势曲线并显示在同一坐标系中，将所述监测数据和理论计算值进行对比分析，且根据分析结果对所述基坑分段和基坑分区进行参数反演计算；

S1000、在动态施工控制模块中，提取后续施工阶段的计算结果，按施工阶段输出阶段预测值；

S1100、通过所述报警模块判断后续施工阶段的所述阶段预测值是否超过在报警模块中设置的报警值，根据判断结果进行施工预处理。

作为本申请的一可选实施方案，可选地，在步骤S1100中，通过所述报警模块判断后续施工阶段的所述阶段预测值是否超过在报警模块中设置的报警值，根据判断结果进行施工预处理，包括：

S1101、提取动态施工控制模块中各基坑区段的后续施工阶段预测值；

S1102、在下一施工阶段施工前，判断所述阶段预测值是否超过预测值预警阈值：

是则报警，并停止后续施工，分析预测值报警原因，并判断是否调整计算模型和/或加强措施；否则继续进行后续阶段施工，上传后续施工的监测数据；

S1103、判断步骤S1102中进行后续阶段施工得到的所述监测数据是否超过监测值预测阈值：

是则报警，停止施工，并分析报警原因；否则后续阶段继续施工；

S1104、判断阶段预测值与所述监测数据之间的偏差是否超过预设的允许偏差值：

是则报警，并判断是否需要重新修正理论计算模型并更新所述数据分析模块中的监测数据；否则后续阶段继续施工。

下面将具体结合附图进行描述。

如图2所示，登录动态施工控制集成平台，创建新的监测及动态施工控制工程。

1、在工程可视化模块中登记基坑工程信息，需输入信息有：项目名称、所属单位、项目地点、基坑等级、基坑尺寸、开竣工日期、基坑支护结构类型、地质情况、周围环境等。

在工程可视化模型中导入含坐标的基坑模型，本系统采用二维CAD平面模型或三维BIM模型。

在工程可视化模块中登记监测类型、传感器类型、采集频率等。

在工程可视化模块中根据设计或第三方提供的监测点的坐标位置(x,y,z)创建新的监测点，并对每个监测点按照监测类型编号，待正式开工后上传监测数据。

在工程可视化模块中根据每个监测点的坐标位置，扩展至基坑模型中实现监测点的可视化显示。

2、在动态施工控制模块中，根据施工工序和计算施工步，划分施工阶段(如围护结构施工、立柱施工、降水、每层土开挖、架设支撑、底板施工、拆撑等)。

在动态施工控制模块中，根据基坑的地质条件变化、周边环境影响、控制标准等，划分基坑动态施工控制段。

确定基坑动态施工的分项工程(如基坑开挖、基坑降水等)，采用相应的基坑平面计算、有限元分析、降水计算等软件。

根据基坑工程的特点的地质条件，确定计算采用的本构模型、边界条件、网格类型、单元大小等。

3、理论分析、根据地勘报告中的基坑工程场地内的土体计算参数最大值、最小值、均值、标准值(土体强度参数、渗透系数、土体模量等)，参考当地的工程经验，对计算参数进行正交组合试验，确定多组计算参数。

在计算软件中设置与施工控制模块中的施工阶段相一致的分析步。

在计算软件中设置多组计算参数，进行基坑施工全过程的理论分析。

提取与实际监测点相同位置的计算结果，按照动态施工控制模块中划分的基坑区段、施工阶段导出计算结果，分类整理为excel格式。

在理论分析交互模块中登记理论计算模型的信息(本构、尺寸、单元等)。

在理论分析交互模块中通过excel接口快速导入计算结果。

4、在报警模块中，设置每个基坑区段的预测值阈值、预测偏差允许值、监测阈值。

如图3所示，正式开始施工：

5、正式施工过程中，无线监测数据将传输至平台的无线监测模块，并根据监测的类型、施工进度进行分类规整。

当获取足够多的监测数据样本后，对动态施工控制模块中划分的基坑区段，在相同工况、相同施工进度条件下分别进行理论计算模型的参数反演分析。

6、在数据分析模块中，对监测数据进行降噪处理后，拟合监测项目的变化趋势曲线。

在数据分析模块中，提取多组基坑全施工过程分析中已施工部分的计算结果，拟合理论计算值的变化趋势曲线。

7、在理论分析交互模块中提取监测数据的趋势曲线、多组已施工部分的计算结果趋势曲线，并在同一坐标系中显示。

若多组计算结果中存在一组计算结果与监测趋势曲线拟合较好，在允许误差范围内，则输出该组计算参数的后续阶段计算结果作为预测值，同时输出该组计算参数值。

若不存在拟合较好的一组计算结果，则根据与监测趋势曲线较相近的几组计算结果，重新建立一组或几组计算参数，通过相关计算软件重新分析，重复上述参数反演操作，直至满足计算结果与监测趋势曲线的拟合允许误差。

在理论分析交互模块中，对每个基坑区段重复上述参数反演操作。

8、在动态施工控制模块中提取修正后模型的计算结果，导入至各施工阶段中，作为下一阶段的基坑发展趋势预测值。

在动态施工控制模块中，对每个已施工的基坑区段重复计算结果的提取导入操作。

随着基坑施工的推进，定期重复上述的参数反演分析工作，若出现与监测数据较大偏差时，应及时调整计算模型。

如图4所示，

9、在报警模块中，提取动态施工控制模块中各基坑区段的后续施工阶段预测值。

预测值为提前设定的预测数值，下一施工阶段前，先通过预测值进行计算并判断一下风险，分析后续施工是否在安全范围内。

在报警模块中，分析后续施工是否在安全范围内。若下一阶段的预测值超过预测值报警阈值，则提前报警，停止后续施工，并采取施工加强措施。此时需要分析报警原因，并判断是否加强措施以及调整计算模型。

预测合格，则进行后续阶段施工，获取监测数据。

在报警模块中，若后续获取的监测值与预测值之间偏差超过了预设的允许偏差值，则实时报警，分析误差产生的原因，判断是否需要重新修正理论计算模型；若需要，则重新修正模型后继续预测后续施工的基坑发展趋势。以及对数据分析模块的监测数据进行更新，并重复前述操作。若是未超过允许偏差值，则继续进行后续施工。

在报警模块中，若后续的监测值超过监测值报警阈值，停止施工并分析原因，可以按照上述方法加强施工措施或者调整施工步骤。若是未超过监测值报警阈值，则继续进行后续施工。

上述各个步骤的方法的实现，可以通过计算机程序进行。

显然，本领域的技术人员应该明白，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各控制方法的实施例的流程。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各控制方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(HardDiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

实施例3

更进一步地，本申请另一方面，还提出一种基坑动态施工控制系统，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现上述所述的方法。

本公开实施例来控制系统包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器。其中，处理器被配置为执行可执行指令时实现前面任一所述的一种基于监测平台的基坑动态施工控制方法。

此处，应当指出的是，处理器的个数可以为一个或多个。同时，在本公开实施例的控制系统中，还可以包括输入装置和输出装置。其中，处理器、存储器、输入装置和输出装置之间可以通过总线连接，也可以通过其他方式连接，此处不进行具体限定。

存储器作为一计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序和各种模块，如：本公开实施例的一种基于监测平台的基坑动态施工控制方法所对应的程序或模块。处理器通过运行存储在存储器中的软件程序或模块，从而执行控制系统的各种功能应用及数据处理。

输入装置可用于接收输入的数字或信号。其中，信号可以为产生与设备/终端/服务器的用户设置以及功能控制有关的键信号。输出装置可以包括显示屏等显示设备。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (9)

1.一种基于监测平台的基坑动态施工控制系统，其特征在于，包括：

工程可视化模块，用于登记工程信息和监测信息、导入基坑可视化模型和监测点编号，并通过所述基坑可视化模型根据所述监测点编号对基坑的监测数据进行动态可视化显示；

基坑无线监测模块，用于对基坑进行监测，获得基坑的监测数据并上传；

数据分析模块，用于获取所述监测数据并进行预处理，根据所述监测数据得到动态变化的趋势拟合曲线，通过所述趋势拟合曲线进行基坑施工监测分析和后续数值计算修正；

理论分析交互模块，用于通过所述趋势拟合曲线输入所述监测数据并将所述监测数据和理论计算值进行对比分析，通过选取最优的计算模型，预测后续施工阶段的基坑状态变化，且对所述监测数据和理论计算值按照基坑分段和基坑分区依次进行预测；理论分析交互模块实现监测数据和计算结果对比分析、计算参数反演，主要进行：

a、理论模型信息登记：对采用的计算软件、岩土计算本构、计算参数、计算范围、单元类型、网格数量、边界条件、地下水、施工工序进行录入；

b、在项目前期，通过对工程范围内土体计算参数进行正交试验、均匀试验组合方法，形成多组计算参数；

通过基坑相关的计算软件，分别计算不同计算参数组合下的基坑全过程施工变化趋势，并提取各施工阶段的计算结果为excel表格形式；此处基坑全过程施工计算是指从基坑施工的第一道工序开始施工到最后一道工序施工完毕，由于基坑需要计算的项目多、相关计算软件各有优势；

计算结果的快速录入功能：依托导出为excel格式的计算结果，通过在本系统中导入excel的形式实现计算值的分类快速录入，以便后续与监测数据对比分析，计算结果录入需要明确施工阶段，以便后续在相同施工节点下进行模型修正；

提取与现场施工相同进度前的所有计算值，即提取计算结果中已施工部分的计算值，以保证计算值与监测数据在相同工况、相同进度下进行对比分析；

c、提取监测数据的趋势曲线，作为本模块的输入值；

d、计算参数反演：将上述多组的计算结果和监测数据在同一坐标系中显示；选取与实际监测拟合最为接近的一组或几组，若拟合较好在允许误差范围内，则选取最为接近的计算参数进行下一步预测；若不存在拟合较好的一组计算结果，则根据较相近的几组计算参数重新建立新的一组或几组，通过线下的基坑分析软件重新计算，并重新录入分析，直到拟合误差在允许范围内，输出拟合后的计算参数；

动态施工控制模块，用于划分施工阶段、基坑分段和基坑分区，进行施工分阶段控制计算和分区段参数反演计算，得到不同阶段和区段内的不同报警值，根据所述理论分析交互模块计算得到预测值，通过所述预测值和所述报警值定量预测基坑各个施工阶段、基坑分段和基坑分区的基坑动态施工变化趋势；

报警模块，用于实现基坑动态施工过程中的超过设定报警值后自动报警功能所述报警值包括预测值预警阈值、监测值预测阈值和允许偏差值。

2.根据权利要求1所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统，其特征在于，所述基坑无线监测模块，包括：

若干采集传感器，用于对基坑的监测项目进行数据监测和数据采集，获得并发送所述监测数据；

智能采集基站，用于接收并发送所述监测数据至服务器；

服务器，用于接收并储存所述监测数据；

无线监测模块，用于获取所述服务器中的所述监测数据，并根据监测点对所述监测数据进行报表管控。

3.根据权利要求2所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统，其特征在于，所述监测项目包括如下基坑施工检测对象中的至少一种：

围护结构/边坡的顶部沉降、深层水平位移、立柱竖向位移、坑底隆起、支撑内力、立柱内力、锚杆、土钉内力、地下水位、孔隙水压力、周边地表竖向位移、周边构筑物沉降、周边构筑物水平位移或周边构筑物倾斜。

4.根据权利要求1所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统，其特征在于，所述监测数据，包括：

监测点编号、监测数据采集时间和监测值；

其中，所述监测点编号用于使得所述工程可视化模块能够根据所述监测点编号进入无线监测模块实时查看监测数据报表。

5.根据权利要求1所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统，其特征在于，还包括报警模块，用于判断所述预测值和所述监测数据是否超过预设的报警值，具体的：

判断所述预测值是否超过所述预测值预警阈值，若是超过，则自动报警；

判断所述监测数据是否超过所述监测值预测阈值，若是超过，则自动报警；

判断所述监测数据与所述预测值之间的偏差是否超过预设的允许偏差值，若是超过，则自动报警。

6.一种实施权利要求1-5中任一项所述的基于监测平台的基坑动态施工控制系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、登录平台，新建工程；

S200、通过工程可视化模块登记工程信息、导入基坑可视化模型和监测信息登记，创建监测点并进行监测点编号；

S300、通过动态施工控制模块划分施工阶段，并划分基坑分段和基坑分区的动态施工控制阶段；

S400、通过理论分析交互模块登记计算模型信息，并导入按照动态施工控制模块的计算步骤进行线下计算得到的计算结果；

S500、在报警模块中，依次设置每个基坑区段的预测值报警阈值、计算允许偏差值和监测报警阈值；

S600、正式开始施工。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S700、通过基坑无线监测模块对基坑进行监测，获得并上传基坑的监测数据；以及根据所述监测数据，对动态施工控制模块中划分的基坑区段，在相同工况、相同施工进度条件下分别进行理论计算模型的参数反演分析；

S800、通过数据分析模块获取所述监测数据并进行降噪处理，并根据所述监测数据拟合监测项目的变化趋势曲线；提取多组基坑全施工过程中已施工部分的计算结果，并拟合理论计算值的变化趋势曲线；

S900、通过理论分析交互模块提取所述监测项目和理论计算值的变化趋势曲线并显示在同一坐标系中，将所述监测数据和理论计算值进行对比分析，且根据分析结果对所述基坑分段和基坑分区进行参数反演计算；

S1000、在动态施工控制模块中，提取后续施工阶段的计算结果，按施工阶段输出阶段预测值；

S1100、通过所述报警模块判断后续施工阶段的所述阶段预测值是否超过在报警模块中设置的报警值，根据判断结果进行施工预处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤S1100中，通过所述报警模块判断后续施工阶段的所述阶段预测值是否超过在报警模块中设置的报警值，根据判断结果进行施工预处理，包括：

S1101、提取动态施工控制模块中各基坑区段的后续施工阶段预测值；

S1102、在下一施工阶段施工前，判断所述阶段预测值是否超过预测值预警阈值：

是则报警，并停止后续施工，分析预测值报警原因，并判断是否调整计算模型和/或加强措施；否则继续进行后续阶段施工，上传后续施工的监测数据；

S1103、判断步骤S1102中进行后续阶段施工得到的所述监测数据是否超过监测值预测阈值：

是则报警，停止施工，并分析报警原因；否则后续阶段继续施工；

S1104、判断阶段预测值与所述监测数据之间的偏差是否超过预设的允许偏差值：

是则报警，并判断是否需要重新修正理论计算模型并更新所述数据分析模块中的监测数据；否则后续阶段继续施工。

9.一种基坑动态施工控制系统，其特征在于，包括：

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行所述可执行指令时实现权利要求6至8中任一项所述的方法。