一、基坑監(jiān)測的背景

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，基坑深度和規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。基坑工程易受到土體性質(zhì)、鄰近建筑物、地下水位、周邊交通等環(huán)境，以及設(shè)計(jì)合理性和施工工序的影響；可能引發(fā)不可預(yù)測的安全事故。

然而，傳統(tǒng)的基坑監(jiān)測方法往往依賴于人工測量和定期巡查的低效手段，普通的自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備存在精度不夠、施工布線成本高等問題，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化高精度、實(shí)時(shí)性、高效率、低成本的監(jiān)測需求；因此，變焦視覺位移監(jiān)測儀應(yīng)運(yùn)而生。

2.       優(yōu)勢對(duì)比分析

2.1 與人工監(jiān)測的對(duì)比

2.2 與普通自動(dòng)化設(shè)備的對(duì)比

三、設(shè)計(jì)依據(jù)

Ø《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 311-2013

Ø 《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[附條文說明]》JGJ 120-2012

Ø《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50497-2019

Ø《濕陷性黃土地區(qū)建筑基坑工程安全技術(shù)規(guī)程[附條文說明] 》JGJ 167-2009

Ø《復(fù)合土釘墻基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范[附條文說明]》GB 50739-2011

四、系統(tǒng)組成與工作原理

變焦視覺位移計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)集光學(xué)、機(jī)械、電子、邊緣計(jì)算、AI識(shí)別、云平臺(tái)軟件等技術(shù)為一體的自動(dòng)化系統(tǒng)。系統(tǒng)由編碼靶標(biāo)、變焦視覺位移監(jiān)測儀、安銳云及多終端組成?；谧兘箼C(jī)器視覺原理，采用特殊波段成像識(shí)別技術(shù)和無源靶標(biāo)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至安銳測控云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)非接觸式大空間、多斷面、多測點(diǎn)的高精度水平、豎向位移的自動(dòng)化監(jiān)測。

五、系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢

①非接觸式二維位移監(jiān)測：無需在每個(gè)測點(diǎn)上都安裝儀器設(shè)備，只需安裝或貼裝一個(gè)靶標(biāo)即可實(shí)現(xiàn)二維位移監(jiān)測。

②多斷面，多靶標(biāo)自動(dòng)掃描測量：基于變焦自動(dòng)控制鏡頭，遠(yuǎn)近的靶標(biāo)均可清晰成像，實(shí)現(xiàn)多個(gè)斷面，多個(gè)靶標(biāo)測點(diǎn)的自動(dòng)化監(jiān)測。

③無需額外照明補(bǔ)光：新一代夜視技術(shù)，采用特殊波段成像，無需外加補(bǔ)光燈及照明設(shè)備，簡化了系統(tǒng)的組成。

④最高微米級(jí)高精度測量：采用高分辨率圖像傳感器及亞像素技術(shù)，精度最高可達(dá)微米級(jí)。

⑤無源靶標(biāo)，無需供電排線：采用無源靶標(biāo)，可以是定制的靶標(biāo)、一塊金屬片、打印的紙張甚至是噴涂的靶標(biāo)均可清晰成像識(shí)別，無需排線供電。

六、監(jiān)測解決方案

6.1 監(jiān)測內(nèi)容

本解決方案圍繞變焦視覺位移監(jiān)測儀在基坑項(xiàng)目的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的表面位移進(jìn)行監(jiān)測，包括水平位移監(jiān)測、豎向位移監(jiān)測和裂縫監(jiān)測等。同時(shí)，系統(tǒng)還可以間接進(jìn)行地下水位、降雨量、溫濕度等，全面反映基坑表面的變形狀態(tài)，為工程安全決策提供科學(xué)依據(jù)。

6.2 監(jiān)測點(diǎn)位布置

測點(diǎn)布設(shè)需按照設(shè)計(jì)院的基坑設(shè)計(jì)文件、地質(zhì)勘察文件、抗震防護(hù)等級(jí)、支護(hù)樁直徑以及結(jié)構(gòu)受力計(jì)算來得到結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)，進(jìn)而將測點(diǎn)布設(shè)在基坑的關(guān)鍵位置，同時(shí)在基坑高差較大等薄弱部位增加測點(diǎn)數(shù)量，以保證結(jié)構(gòu)的安全。

①監(jiān)測點(diǎn)的布置應(yīng)滿足監(jiān)控要求：監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在內(nèi)力及變形關(guān)鍵特征點(diǎn)上，確保能夠最大程度地反映該區(qū)域的實(shí)際狀態(tài)及其變化趨勢。

②監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量與間距的確定：開挖深度不同的基坑，其監(jiān)測點(diǎn)間距也有所不同。例如，開挖深度不超過7m的三級(jí)基坑，監(jiān)測點(diǎn)間距不大于20m；而開挖深度超過7m的一、二級(jí)基坑，監(jiān)測點(diǎn)間距不大于10m。此外，每一典型坡段應(yīng)至少設(shè)置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。

③特殊位置的監(jiān)測點(diǎn)布置：對(duì)于支撐內(nèi)力較大或在整個(gè)支撐系統(tǒng)中起控制作用的桿件上，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。同時(shí)，基坑每邊中部、陽角處和地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)段也應(yīng)布置監(jiān)測點(diǎn)。

④便于監(jiān)測與減少干擾：監(jiān)測點(diǎn)的位置應(yīng)避開障礙物，便于監(jiān)測。同時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)的布置應(yīng)不妨礙監(jiān)測對(duì)象的正常工作，并應(yīng)減少對(duì)施工作業(yè)的不利影響。

⑤考慮現(xiàn)場具體情況：監(jiān)測點(diǎn)的位置，包括間距，以及距基坑邊坡邊緣的距離，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況而定，可減少支護(hù)樁的監(jiān)測距離，來獲取更完整的基坑形變趨勢。

綜上，正常10米左右就要一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，若使用靜力水準(zhǔn)儀或激光傳感器，在兩百米的監(jiān)測距離下，單個(gè)測點(diǎn)就需要安裝一個(gè)傳感器，將近安裝20多個(gè)傳感器，大大增加了整套設(shè)備的成本，變焦視覺位移監(jiān)測系統(tǒng)每增加1個(gè)靶標(biāo)測點(diǎn)的成本并不高，在視野范圍內(nèi)靶標(biāo)測點(diǎn)想裝就裝，無需考慮高額成本。

6.3 監(jiān)測設(shè)備安裝

首先需要對(duì)監(jiān)測儀安裝點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的選址和布局，務(wù)必確保儀器和所有測點(diǎn)靶標(biāo)之間能夠通視，全面覆蓋基坑的重要區(qū)域和關(guān)鍵設(shè)施。變焦視覺位移監(jiān)測儀一般在基坑的四角穩(wěn)固的位置（安裝位置如圖）各安裝一臺(tái)，（若無硬化的路面，需澆筑邊長為600mm立方體混凝土基礎(chǔ)，預(yù)埋鋼支架，保證監(jiān)測儀的墩臺(tái)的穩(wěn)固，因?yàn)樽兘挂曈X為高精密儀器，墩臺(tái)稍微的熱脹冷縮都將會(huì)影響監(jiān)測精度）。

同時(shí)需調(diào)整變焦視覺位移監(jiān)測儀位置，使靶標(biāo)最好在視野的正中間，但靶標(biāo)不能與主機(jī)完全處于同一直線，避免視野中的靶標(biāo)相互有所遮擋。

①圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、沉降、傾角監(jiān)測

（1）       根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，基坑安裝好一定數(shù)量的靶標(biāo)后，接上電源，無需現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)雜的靶標(biāo)框選和調(diào)試，即可實(shí)現(xiàn)基坑水平位移、沉降、樁身傾斜（傾斜監(jiān)測方向與監(jiān)測儀法線方向垂直）的二維位移自動(dòng)化監(jiān)測，機(jī)器自動(dòng)識(shí)別視野范圍內(nèi)的靶標(biāo)，非接觸式測量，無需拉線布線安裝傳感器，節(jié)省勞動(dòng)力、成本，方便快捷，巡回掃描監(jiān)測。通過編碼靶標(biāo)對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況的監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)了解基坑施工的整體穩(wěn)定性和安全性。

（2）若基坑的邊寬度較小的長條形深基坑，則只需在一側(cè)安裝一臺(tái)即可實(shí)現(xiàn)兩端圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、沉降、樁身傾斜的自動(dòng)化監(jiān)測，實(shí)測測點(diǎn)可達(dá)1000個(gè)，理論還可增加測點(diǎn)數(shù)量，且靶標(biāo)大小一致，監(jiān)測長度可達(dá)400米，測點(diǎn)只需要安裝靶標(biāo)即可，無需拉線布線安裝傳感器，方便快捷，巡回掃描監(jiān)測，測點(diǎn)數(shù)量越多，相對(duì)的監(jiān)測頻率會(huì)降低。

②基坑地表沉降監(jiān)測

在可能發(fā)生地表沉降的地方安裝測點(diǎn)靶標(biāo)，將監(jiān)測儀安裝在遠(yuǎn)離沉降區(qū)域的穩(wěn)定地域，且能看見所有地表沉降區(qū)域靶標(biāo)的地方，然后再插上電源，手動(dòng)框選靶標(biāo)或監(jiān)測儀智能識(shí)別視野范圍內(nèi)的靶標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)基坑地表沉降監(jiān)測，還可實(shí)現(xiàn)沉降區(qū)域測點(diǎn)的振動(dòng)頻率高頻采集。通過編碼靶標(biāo)對(duì)基坑地表沉降情況的監(jiān)測，可以實(shí)時(shí)了解基坑的整體穩(wěn)定性和安全性。

③基坑環(huán)境輔助監(jiān)測

變焦視覺位移監(jiān)測儀可間接完成其他影響基坑的穩(wěn)定性因素（降雨量、溫濕度、土壤含水率、土體內(nèi)部測斜、土壓力等），僅需在儀器接口接入環(huán)境監(jiān)測傳感器（或其他監(jiān)測項(xiàng)的傳感器）即可，無需外加網(wǎng)關(guān)采集器、重新拉線，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測和位移監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析，以不同的角度剖析基坑穩(wěn)定性，更準(zhǔn)確地評(píng)估基坑的穩(wěn)定性，從而采取有效的措施來預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。

6.4 后期維護(hù)

整體安裝完成后，因?yàn)樽兘挂曈X位移監(jiān)測儀屬于微米級(jí)高精度測量設(shè)備，建議在主機(jī)上安裝保護(hù)罩，以保護(hù)主機(jī)不被雨水直接沖刷、強(qiáng)風(fēng)及粉塵造成的振動(dòng)及視線遮擋。同時(shí)輕微的熱脹冷縮都將會(huì)影響監(jiān)測精度，建議在立柱上繼續(xù)澆筑300mm的混凝土加固層，以保證立柱的穩(wěn)定，同時(shí)建議在墩臺(tái)、立柱以及保護(hù)罩均覆蓋保溫棉，以減少溫度引起的熱脹冷縮對(duì)監(jiān)測精度產(chǎn)生的影響。

后續(xù)需要定期的巡檢和維護(hù)，包括但不限于鏡頭擦拭、視野阻擋、雜草遮擋靶標(biāo)灰塵及雨跡擦拭等直接影響監(jiān)測的問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問題。

變焦視覺位移監(jiān)測儀可將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在安銳云平臺(tái)或本地儲(chǔ)存（無網(wǎng)絡(luò)也可儲(chǔ)存）中，方便后續(xù)查詢和分析。通過基坑實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)了解基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全狀況，實(shí)時(shí)顯示基坑位移變化情況。當(dāng)位移量超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，現(xiàn)場聲光預(yù)警、平臺(tái)彈窗以及短信預(yù)警，及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行處理，為基坑的安全施工提供保障。

6.       實(shí)際應(yīng)用案例分析

湖北某建筑項(xiàng)目是市、區(qū)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目建成發(fā)展高新技術(shù)、實(shí)施低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的示范工程，帶動(dòng)湖北資源整合、技術(shù)研發(fā)、技術(shù)集成三個(gè)平臺(tái)建設(shè)。為保證基坑開挖過程中的穩(wěn)定安全、評(píng)價(jià)基坑的穩(wěn)定性能并為后續(xù)工程措施提供設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)基坑本體的支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部位移開展變形監(jiān)測。

項(xiàng)目共沿基坑的兩條長邊布設(shè)兩條地表位移監(jiān)測軸線，測線上間隔10米布設(shè)一個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移測點(diǎn)，共設(shè)置36個(gè)靶標(biāo)測點(diǎn)，每條監(jiān)測軸線采用1臺(tái)變焦視覺位移監(jiān)測儀對(duì)靶標(biāo)測點(diǎn)的沉降和水平位移進(jìn)行監(jiān)測，變焦視覺位移監(jiān)測儀設(shè)置在開挖影響區(qū)以外的短邊邊緣，另在每臺(tái)變焦視覺位移監(jiān)測儀需要安裝穩(wěn)固的混凝土支墩，以保證主機(jī)的穩(wěn)定性。