一、基坑監測的背景

隨著城市建(jian)設的發展，基坑深度(du)和規(gui)模(mo)也在不斷擴(kuo)大(da)。基坑工程易受到土體(ti)性質、鄰近建(jian)筑(zhu)物、地下(xia)水位、周邊交通等(deng)環(huan)境(jing)，以及設計合理性和施工工序的影響(xiang)；可(ke)能引(yin)發不可(ke)預測的安全(quan)事故。

然而，傳(chuan)統的基(ji)坑監測(ce)方法往(wang)往(wang)依賴于人工測(ce)量(liang)和定期巡(xun)查的低效(xiao)手(shou)段，普通的自動化監測(ce)設(she)備存(cun)在精度(du)不夠、施(shi)工布(bu)線成(cheng)本高(gao)等問題，已經不能滿足現(xian)代化高(gao)精度(du)、實時性、高(gao)效(xiao)率(lv)、低成(cheng)本的監測(ce)需求；因此，變焦視覺位移監測(ce)儀應運而生。

2.       優勢對比分析

2.1 與人工監測的對比

2.2 與普通自動化設備的對比

三、設計依據

Ø《建筑(zhu)深基坑工程施工安全技術(shu)規范》JGJ 311-2013

Ø 《建筑基(ji)坑(keng)支(zhi)護技術規程[附條文說明]》JGJ 120-2012

Ø《建筑基坑工(gong)程監測技術標(biao)準(zhun)》GB 50497-2019

Ø《濕(shi)陷性(xing)黃土地區建筑基(ji)坑工程安全技(ji)術規程[附條文說明] 》JGJ 167-2009

Ø《復合(he)土釘墻基坑支護技術規范[附條文說明]》GB 50739-2011

四、系統組成與工作原理

變(bian)焦(jiao)視覺(jue)位(wei)移(yi)(yi)計監測(ce)系(xi)統集光學、機械、電(dian)子、邊緣計算(suan)、AI識別(bie)(bie)、云(yun)(yun)平(ping)臺(tai)軟件等技術(shu)為一體(ti)的自動化(hua)系(xi)統。系(xi)統由編碼靶(ba)標、變(bian)焦(jiao)視覺(jue)位(wei)移(yi)(yi)監測(ce)儀、安(an)銳云(yun)(yun)及(ji)多(duo)終端(duan)組成(cheng)。基(ji)于變(bian)焦(jiao)機器視覺(jue)原理，采用特(te)殊波段成(cheng)像識別(bie)(bie)技術(shu)和無(wu)源靶(ba)標，將監測(ce)數據實(shi)(shi)時傳(chuan)輸至安(an)銳測(ce)控(kong)云(yun)(yun)平(ping)臺(tai)，實(shi)(shi)現非接觸式(shi)大空間、多(duo)斷(duan)面、多(duo)測(ce)點的高精度水平(ping)、豎向位(wei)移(yi)(yi)的自動化(hua)監測(ce)。

五、系統特點和優勢

①非接觸式二維位移監測：無需(xu)在每個測點上都安(an)裝儀器(qi)設備，只需(xu)安(an)裝或(huo)貼裝一個靶標即(ji)可實現二維位(wei)移(yi)監測。

②多斷面，多靶標自動掃描測量：基于變焦自動控制(zhi)鏡(jing)頭，遠(yuan)近的(de)靶標均(jun)可清晰成像，實現多個斷(duan)面，多個靶標測點的(de)自動化監(jian)測。

③無需額外照明補光：新一代夜視技術，采(cai)用(yong)特殊(shu)波段成(cheng)(cheng)像，無需外加(jia)補光燈及照(zhao)明設備，簡化(hua)了系統(tong)的組成(cheng)(cheng)。

④最高微米級高精度測量：采用高分辨率圖(tu)像傳(chuan)感器及亞像素(su)技(ji)術，精度(du)最高可達微(wei)米級。

⑤無源靶標，無需供電排線：采用無源靶標，可以是(shi)定制(zhi)的靶標、一塊(kuai)金屬片、打印(yin)的紙(zhi)張(zhang)甚至是(shi)噴涂的靶標均可清晰成(cheng)像識(shi)別，無需排線供電。

六、監測解決方案

6.1 監測內容

本解決(jue)方(fang)案圍繞變焦視覺位移監(jian)測(ce)(ce)儀在基坑項目的(de)應(ying)用進行(xing)設計，主要對基坑結構的(de)表面位移進行(xing)監(jian)測(ce)(ce)，包括水平位移監(jian)測(ce)(ce)、豎向位移監(jian)測(ce)(ce)和裂(lie)縫監(jian)測(ce)(ce)等。同時，系統(tong)還(huan)可(ke)以間接進行(xing)地下水位、降(jiang)雨(yu)量、溫濕(shi)度等，全面反映基坑表面的(de)變形狀態，為(wei)工(gong)程(cheng)安全決(jue)策提供科學依據。

6.2 監測點位布置

測點(dian)布(bu)設需按(an)照設計(ji)(ji)(ji)院的(de)基(ji)(ji)坑設計(ji)(ji)(ji)文件(jian)、地(di)質勘察文件(jian)、抗震防護(hu)等(deng)級、支護(hu)樁直徑(jing)以(yi)及結(jie)(jie)構(gou)受力計(ji)(ji)(ji)算來(lai)得到結(jie)(jie)構(gou)性能指(zhi)標，進而將測點(dian)布(bu)設在基(ji)(ji)坑的(de)關鍵位(wei)置(zhi)，同時在基(ji)(ji)坑高(gao)差較大等(deng)薄(bo)弱(ruo)部位(wei)增加測點(dian)數量，以(yi)保證(zheng)結(jie)(jie)構(gou)的(de)安全(quan)。

①監測點(dian)的布置應(ying)滿足(zu)監控要求(qiu)：監測點(dian)應(ying)布置在內力及變(bian)形關鍵特征點(dian)上，確保能(neng)夠(gou)最大程度地反映該區域(yu)的實際狀態及其變(bian)化趨勢。

②監(jian)(jian)測(ce)點(dian)數(shu)量與間距的(de)(de)確定：開挖深(shen)度不(bu)(bu)同的(de)(de)基坑，其監(jian)(jian)測(ce)點(dian)間距也(ye)有所不(bu)(bu)同。例如，開挖深(shen)度不(bu)(bu)超過(guo)7m的(de)(de)三級基坑，監(jian)(jian)測(ce)點(dian)間距不(bu)(bu)大于(yu)20m；而開挖深(shen)度超過(guo)7m的(de)(de)一、二級基坑，監(jian)(jian)測(ce)點(dian)間距不(bu)(bu)大于(yu)10m。此外(wai)，每一典(dian)型坡段應至少設置3個(ge)監(jian)(jian)測(ce)點(dian)。

③特殊位置的監測(ce)點(dian)布置：對于(yu)支(zhi)撐內力較大或在整(zheng)個支(zhi)撐系統中起控(kong)制作(zuo)用的桿件上，應(ying)設(she)置監測(ce)點(dian)。同時(shi)，基(ji)坑每邊中部、陽角處和地質條件復雜的區段(duan)也應(ying)布置監測(ce)點(dian)。

④便(bian)(bian)于監(jian)測(ce)與減(jian)少干(gan)擾(rao)：監(jian)測(ce)點的(de)(de)位置(zhi)應避開障礙(ai)物，便(bian)(bian)于監(jian)測(ce)。同時，監(jian)測(ce)點的(de)(de)布置(zhi)應不(bu)妨礙(ai)監(jian)測(ce)對(dui)象(xiang)的(de)(de)正(zheng)常工作，并應減(jian)少對(dui)施工作業(ye)的(de)(de)不(bu)利影(ying)響。

⑤考慮現(xian)場(chang)具體情況：監測(ce)(ce)點的位置，包括間距，以及距基坑(keng)邊(bian)坡邊(bian)緣(yuan)的距離(li)，應根據(ju)現(xian)場(chang)具體情況而定，可(ke)減少支護樁的監測(ce)(ce)距離(li)，來獲(huo)取更完(wan)整(zheng)的基坑(keng)形變趨(qu)勢(shi)。

綜上(shang)，正常10米左(zuo)右就要一個(ge)監(jian)測點，若使用靜力(li)水準儀或激光傳感器，在兩百米(mi)的監測距離下，單(dan)個測點就需要安裝一個傳感器，將近安裝(zhuang)20多(duo)個傳感器，大(da)大(da)增(zeng)加了整套設備(bei)的成(cheng)(cheng)本，變(bian)焦(jiao)視覺(jue)位移監測系統每增(zeng)加1個靶標(biao)測點的成(cheng)(cheng)本并不高，在(zai)視野范(fan)圍內(nei)靶標(biao)測點想裝就裝，無需考慮高額成(cheng)(cheng)本。

6.3 監測設備安裝

首(shou)先需要(yao)對監測(ce)儀安(an)裝點(dian)進行(xing)科(ke)學合理的(de)選址和(he)布局，務必確(que)保儀器和(he)所有測(ce)點(dian)靶標之間(jian)能(neng)夠通(tong)視，全(quan)面覆(fu)蓋(gai)基坑(keng)的(de)重要(yao)區域和(he)關鍵設(she)施(shi)。變焦(jiao)視覺位移監測(ce)儀一(yi)般在基坑(keng)的(de)四角穩固的(de)位置(zhi)(zhi)（安(an)裝位置(zhi)(zhi)如圖(tu)）各安(an)裝一(yi)臺，（若無硬化的(de)路面，需澆筑邊長(chang)為600mm立方體混凝土(tu)基礎(chu)，預埋鋼(gang)支架，保證監測(ce)儀的(de)墩臺的(de)穩固，因為變焦(jiao)視覺為高精密儀器，墩臺稍微的(de)熱脹冷縮都將會影(ying)響(xiang)監測(ce)精度）。

同(tong)時(shi)需調整變焦視覺位移監測儀位置，使(shi)靶(ba)標最好在(zai)視野的正中間，但靶標不能與主機(ji)完(wan)全處于同一直線，避免視野(ye)中的靶標相互有所遮擋。

①圍護(hu)結構水平位移、沉降(jiang)、傾角監(jian)測

（1）       根據(ju)項目(mu)特點(dian)，基(ji)坑(keng)安裝好一(yi)定數(shu)量的(de)靶(ba)標后，接上電源，無需現場進行復雜的(de)靶(ba)標框選和調(diao)試(shi)，即可實現基(ji)坑(keng)水平位移(yi)、沉降、樁身傾斜（傾斜監測(ce)方向(xiang)與監測(ce)儀(yi)法線方向(xiang)垂直）的(de)二維位移(yi)自動化監測(ce)，機器自動識別視野(ye)范圍內的(de)靶(ba)標，非接觸式測(ce)量，無(wu)需拉線(xian)布線(xian)安(an)裝傳感器，節(jie)省(sheng)勞動(dong)力(li)、成(cheng)本(ben)，方便(bian)快捷，巡回掃描監測。通過編碼靶標對圍(wei)護結構變(bian)形情況的監(jian)測(ce)，可以實時了(le)解基坑施工的整體穩定性和安(an)全性。

（2）若基坑的邊寬度較(jiao)小(xiao)的長條形深基坑，則只需在(zai)一側安(an)裝一臺即(ji)可(ke)實現兩端圍護結(jie)構水(shui)平位(wei)移、沉降、樁身傾斜(xie)的自(zi)動化監測，實測測點可(ke)達1000個(ge)，理論還可(ke)增加測點數量(liang)，且靶標大小(xiao)一致，監測長(chang)度可達400米，測點只(zhi)需要(yao)安裝靶標即可，無需拉線(xian)布(bu)線(xian)安裝傳感器(qi)，方便(bian)快捷(jie)，巡回(hui)掃描監測(ce)，測(ce)點數量(liang)越多，相對的監測(ce)頻率會(hui)降低。

②基坑地表沉降監測

在可能(neng)發(fa)生地(di)表(biao)(biao)沉(chen)(chen)降的(de)地(di)方安(an)裝測(ce)(ce)(ce)點(dian)靶(ba)(ba)標，將監測(ce)(ce)(ce)儀(yi)(yi)安(an)裝在遠離沉(chen)(chen)降區(qu)(qu)域的(de)穩(wen)定(ding)地(di)域，且能(neng)看(kan)見(jian)所有地(di)表(biao)(biao)沉(chen)(chen)降區(qu)(qu)域靶(ba)(ba)標的(de)地(di)方，然后再插上電源，手動框(kuang)選靶(ba)(ba)標或監測(ce)(ce)(ce)儀(yi)(yi)智能(neng)識別視野(ye)范圍內(nei)的(de)靶(ba)(ba)標，即可實現(xian)基坑地(di)表(biao)(biao)沉(chen)(chen)降監測(ce)(ce)(ce)，還可實現(xian)沉(chen)(chen)降區(qu)(qu)域測(ce)(ce)(ce)點(dian)的(de)振動頻率高頻采集。通(tong)過編(bian)碼靶(ba)(ba)標對(dui)基坑地(di)表(biao)(biao)沉(chen)(chen)降情況的(de)監測(ce)(ce)(ce)，可以實時了解(jie)基坑的(de)整體(ti)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)。

③基坑環境(jing)輔助監測

變焦視覺位(wei)移(yi)監測儀可間接完成(cheng)其他影響基坑(keng)的穩定性因素(su)（降雨量、溫(wen)濕度、土(tu)壤含水率、土體內(nei)部測斜、土壓力等(deng)），僅需在儀器(qi)接口接入環境(jing)監測(ce)傳(chuan)感(gan)器（或(huo)其他監測項(xiang)的(de)傳感器）即可，無需外加網關采集器、重新(xin)拉線(xian)，實現環境監測(ce)和位移監測(ce)數據綜(zong)合分析(xi)，以(yi)不同的(de)(de)角度剖析(xi)基坑(keng)穩定(ding)性，更(geng)準(zhun)確地(di)評估(gu)基坑(keng)的(de)(de)穩定(ding)性，從(cong)而采取(qu)有效的(de)(de)措施來(lai)預防地(di)質災害的(de)(de)發(fa)生。

6.4 后期維護

整體(ti)安裝完成(cheng)后，因為變焦視覺位移監(jian)測(ce)儀屬于(yu)微米級高精度(du)測(ce)量(liang)設備，建議(yi)(yi)在(zai)(zai)主(zhu)(zhu)機上(shang)安裝保(bao)(bao)護罩(zhao)，以保(bao)(bao)護主(zhu)(zhu)機不被雨水直接(jie)沖刷、強(qiang)風及(ji)粉(fen)塵造成(cheng)的(de)振動及(ji)視線遮擋(dang)。同時(shi)輕微的(de)熱(re)脹(zhang)冷縮(suo)都將會影響(xiang)監(jian)測(ce)精度(du)，建議(yi)(yi)在(zai)(zai)立(li)柱(zhu)上(shang)繼(ji)續(xu)澆筑300mm的(de)混凝(ning)土加固層，以保(bao)(bao)證立(li)柱(zhu)的(de)穩(wen)定，同時(shi)建議(yi)(yi)在(zai)(zai)墩臺、立(li)柱(zhu)以及(ji)保(bao)(bao)護罩(zhao)均覆蓋(gai)保(bao)(bao)溫(wen)棉，以減少溫(wen)度(du)引起的(de)熱(re)脹(zhang)冷縮(suo)對(dui)監(jian)測(ce)精度(du)產生的(de)影響(xiang)。

后續需要定期(qi)的巡檢和(he)維護，包括但不限于鏡頭(tou)擦拭、視野阻擋(dang)、雜草遮擋(dang)靶標灰塵及雨跡擦拭等(deng)直(zhi)接影響監測(ce)的問(wen)題(ti)，及時發現(xian)并(bing)處(chu)理潛在問(wen)題(ti)。

變焦視覺位移(yi)監(jian)(jian)測儀可將監(jian)(jian)測數據(ju)存(cun)(cun)儲在安銳(rui)云(yun)平臺或本(ben)地儲存(cun)(cun)（無網(wang)絡也(ye)可儲存(cun)(cun)）中，方便后續查(cha)詢和(he)分(fen)析。通過基坑實時監測(ce)數(shu)據，可以實時(shi)了解基坑圍護結構的安全(quan)狀(zhuang)況，實時顯示基(ji)坑位移變化情(qing)況。當位移量(liang)超(chao)過(guo)預設閾值(zhi)時，系統自動(dong)觸發預警(jing)機(ji)制，現場聲(sheng)光預警(jing)、平臺彈窗以及(ji)短信(xin)預警(jing)，及(ji)時通知相關人員進行(xing)處理，為基坑的安全(quan)施(shi)工(gong)提供保障。

6.       實際應用案例分析

湖北某建筑項(xiang)目是市、區重點建設項(xiang)目，項(xiang)目建成發展高新技術、實施低碳循(xun)環經濟的示范工程，帶動湖(hu)北資源整合、技術(shu)研發、技術(shu)集成三個平臺建設。為(wei)保(bao)證基(ji)坑(keng)開挖(wa)過程(cheng)中的(de)穩定安(an)全、評(ping)價(jia)基(ji)坑(keng)的(de)穩定性能并為(wei)后(hou)續(xu)工程(cheng)措施提供設計依據(ju)，對(dui)基(ji)坑(keng)本體的(de)支護結構(gou)頂部(bu)位(wei)移開展變(bian)形監測。

項目共沿基坑的兩(liang)條(tiao)長邊布設兩(liang)條地表位移監(jian)測軸線，測線上(shang)間隔10米布(bu)設(she)(she)一個支護結構位移測點，共設(she)(she)置(zhi)36個靶標測點，每條監測軸(zhou)線采用1臺變焦視覺位移監測儀對靶標測點的沉降和水(shui)平位移(yi)進行(xing)監測，變焦(jiao)視覺(jue)位移監測儀設(she)置在(zai)開挖影(ying)響區(qu)以外的短邊(bian)邊(bian)緣，另在(zai)每臺(tai)變(bian)焦視覺位移監測儀需要安(an)裝穩固的混凝(ning)土(tu)支(zhi)墩，以保證主機的穩定(ding)性。