變焦視覺位移監(jiān)測的基坑結(jié)構(gòu)安全新方案：本文介紹了基坑監(jiān)測的背景、優(yōu)勢對比分析、設(shè)計依據(jù)、系統(tǒng)組成與工作原理、系統(tǒng)特點和優(yōu)勢、監(jiān)測解決方案和實際應(yīng)用案例分析。其中，變焦視覺位移監(jiān)測儀具有非接觸式、高精度、高效率、低成本等優(yōu)勢，可實時監(jiān)測基坑變形情況，為工程安全決策提供科學(xué)依據(jù)。實際應(yīng)用案例表明，該監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效保障基坑開挖過程中的穩(wěn)定安全，評價基坑的穩(wěn)定性能并為后續(xù)工程措施提供設(shè)計依據(jù)。
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、實時性、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)運而生。
二、優(yōu)勢對比分析
2.1 與人工監(jiān)測的對比
2.2 與普通自動化設(shè)備的對比
三、設(shè)計依據(jù)
? 《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》JGJ 311-2013
? 《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[附條文說明]》JGJ 120-2012
? 《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》GB 50497-2019
? 《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
? 《復(fù)合土釘墻基坑支護技術(shù)規(guī)范[附條文說明]》GB 50739-2011
四、系統(tǒng)組成與工作原理
變焦視覺位移計監(jiān)測系統(tǒng)集光學(xué)、機械、電子、邊緣計算、AI識別、云平臺軟件等技術(shù)為一體的自動化系統(tǒng)。系統(tǒng)由編碼靶標、變焦視覺位移監(jiān)測儀、安銳云及多終端組成?；谧兘箼C器視覺原理，采用特殊波段成像識別技術(shù)和無源靶標，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸至安銳測控云平臺，實現(xiàn)非接觸式大空間、多斷面、多測點的高精度水平、豎向位移的自動化監(jiān)測。
五、系統(tǒng)特點和優(yōu)勢
①非接觸式二維位移監(jiān)測：無需在每個測點上都安裝儀器設(shè)備，只需安裝或貼裝一個靶標即可實現(xiàn)二維位移監(jiān)測。
②多斷面，多靶標自動掃描測量：基于變焦自動控制鏡頭，遠近的靶標均可清晰成像，實現(xiàn)多個斷面，多個靶標測點的自動化監(jiān)測。
③無需額外照明補光：新一代夜視技術(shù)，采用特殊波段成像，無需外加補光燈及照明設(shè)備，簡化了系統(tǒng)的組成。
④微米級高精度測量：采用高分辨率圖像傳感器及亞像素技術(shù)，精度可達微米級。
⑤無源靶標，無需供電排線：采用無源靶標，可以是定制的靶標、一塊金屬片、打印的紙張甚至是噴涂的靶標均可清晰成像識別，無需排線供電。
六、監(jiān)測解決方案
6.1 監(jiān)測內(nèi)容
變焦視覺位移監(jiān)測的基坑結(jié)構(gòu)安全新方案：圍繞變焦視覺位移監(jiān)測儀在基坑項目的應(yīng)用進行設(shè)計，主要對基坑結(jié)構(gòu)的表面位移進行監(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，系統(tǒng)還可以間接進行地下水位、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)測點位布置
測點布設(shè)需按照設(shè)計院的基坑設(shè)計文件、地質(zhì)勘察文件、抗震防護等級、支護樁直徑以及結(jié)構(gòu)受力計算來得到結(jié)構(gòu)性能指標，進而將測點布設(shè)在基坑的關(guān)鍵位置，同時在基坑高差較大等薄弱部位增加測點數(shù)量，以保證結(jié)構(gòu)的安全。
① 監(jiān)測點的布置應(yīng)滿足監(jiān)控要求：監(jiān)測點應(yīng)布置在內(nèi)力及變形關(guān)鍵特征點上，確保能夠反映該區(qū)域的實際狀態(tài)及其變化趨勢。
② 監(jiān)測點數(shù)量與間距的確定：開挖深度不同的基坑，其監(jiān)測點間距也有所不同。例如，開挖深度不超過7m的三級基坑，監(jiān)測點間距不大于20m；而開挖深度超過7m的一、二級基坑，監(jiān)測點間距不大于10m。此外，每一典型坡段應(yīng)至少設(shè)置3個監(jiān)測點。
③ 特殊位置的監(jiān)測點布置：對于支撐內(nèi)力較大或在整個支撐系統(tǒng)中起控制作用的桿件上，應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點。同時，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。
④ 便于監(jiān)測與減少干擾：監(jiān)測點的位置應(yīng)避開障礙物，便于監(jiān)測。同時，監(jiān)測點的布置應(yīng)不妨礙監(jiān)測對象的正常工作，并應(yīng)減少對施工作業(yè)的不利影響。
⑤ 考慮現(xiàn)場具體情況：監(jiān)測點的位置，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米左右就要一個監(jiān)測點，若使用靜力水準儀或激光傳感器，在兩百米的監(jiān)測距離下，單個測點就需要安裝一個傳感器，將近安裝20多個傳感器，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個靶標測點的成本并不高，在視野范圍內(nèi)靶標測點想裝就裝，無需考慮高額成本。
6.3 監(jiān)測設(shè)備安裝
首先需要對監(jiān)測儀安裝點進行科學(xué)合理的選址和布局，務(wù)必確保儀器和所有測點靶標之間能夠通視，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，（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)測儀的墩臺的穩(wěn)固，因為變焦視覺為高精密儀器，墩臺稍微的熱脹冷縮都將會影響監(jiān)測精度）。
同時需調(diào)整變焦視覺位移監(jiān)測儀位置，使靶標在視野的正中間，但靶標不能與主機處于同一直線，避免視野中的靶標相互有所遮擋。
①圍護結(jié)構(gòu)水平位移、沉降、傾角監(jiān)測
（1）根據(jù)項目特點，基坑安裝好一定數(shù)量的靶標后，接上電源，無需現(xiàn)場進行復(fù)雜的靶標框選和調(diào)試，即可實現(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）的二維位移自動化監(jiān)測，機器自動識別視野范圍內(nèi)的靶標，非接觸式測量，無需拉線布線安裝傳感器，節(jié)省勞動力、成本，方便快捷，巡回掃描監(jiān)測。通過編碼靶標對圍護結(jié)構(gòu)變形情況的監(jiān)測，可以實時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)安裝一臺即可實現(xiàn)兩端圍護結(jié)構(gòu)水平位移、沉降、樁身傾斜的自動化監(jiān)測，實測測點可達1000個，理論還可增加測點數(shù)量，且靶標大小一致，監(jiān)測長度可達400米，測點只需要安裝靶標即可，無需拉線布線安裝傳感器，方便快捷，巡回掃描監(jiān)測，測點數(shù)量越多，相對的監(jiān)測頻率會降低。
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靶標，將監(jiān)測儀安裝在遠離沉降區(qū)域的穩(wěn)定地域，且能看見所有地表沉降區(qū)域靶標的地方，然后再插上電源，手動框選靶標或監(jiān)測儀智能識別視野范圍內(nèi)的靶標，即可實現(xiàn)基坑地表沉降監(jiān)測，還可實現(xiàn)沉降區(qū)域測點的振動頻率高頻采集。通過編碼靶標對基坑地表沉降情況的監(jiān)測，可以實時了解基坑的整體穩(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)測項的傳感器）即可，無需外加網(wǎng)關(guān)采集器、重新拉線，實現(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，更準確地評估基坑的穩(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
整體安裝完成后，因為變焦視覺位移監(jiān)測儀屬于微米級高精度測量設(shè)備，建議在主機上安裝保護罩，以保護主機不被雨水直接沖刷、強風(fēng)及粉塵造成的振動及視線遮擋。同時輕微的熱脹冷縮都將會影響監(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，同時建議在墩臺、立柱以及保護罩均覆蓋保溫棉，以減少溫度引起的熱脹冷縮對監(jiān)測精度產(chǎn)生的影響。
后續(xù)需要定期的巡檢和維護，包括但不限于鏡頭擦拭、視野阻擋、雜草遮擋靶標灰塵及雨跡擦拭等直接影響監(jiān)測的問題，及時發(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)存儲在安銳云平臺或本地儲存（無網(wǎng)絡(luò)也可儲存）中，方便后續(xù)查詢和分析。通過基坑實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以實時了解基坑圍護結(jié)構(gòu)的安全狀況，實時顯示基坑位移變化情況。當位移量超過預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)自動觸發(fā)預(yù)警機制，現(xiàn)場聲光預(yù)警、平臺彈窗以及短信預(yù)警，及時通知相關(guān)人員進行處理，為基坑的安全施工提供保障。
六、實際應(yīng)用案例分析
某建筑項目是市、區(qū)重點建設(shè)項目，項目建成發(fā)展實施低碳循環(huán)經(jīng)濟的示范工程，帶動湖北資源整合、技術(shù)研發(fā)、技術(shù)集成三個平臺建設(shè)。為保證基坑開挖過程中的穩(wěn)定安全、評價基坑的穩(wěn)定性能并為后續(xù)工程措施提供設(shè)計依據(jù)，對基坑本體的支護結(jié)構(gòu)頂部位移開展變形監(jiān)測。
項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)一個支護結(jié)構(gòu)位移測點，共設(shè)置36個靶標測點，每條監(jiān)測軸線采用1臺變焦視覺位移監(jiān)測儀對靶標測點的沉降和水平位移進行監(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，以保證主機的穩(wěn)定性。
