建筑施工预防坍塌事故自动化监测系统探索

建筑施工预防坍塌事故自动化监测系统探索

张洪涛

哈尔滨市建设安全监察站 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：作者通过多年的建筑施工安全生产监督工作实践，结合目前国内日益成熟的信息化和自动化技术，深入分析建筑施工危险性较大的分部分项工程监测工作现状，详细阐述自动化监测系统的现实情况和优劣对比，为建筑施工安全生产自动化监测工作的应用提供了借鉴。

关键词：建筑施工；预防坍塌事故；自动化监测。

引言：随着建设工程项目体量和施工复杂程度越来越大，存在很多危险性较大的分部分项工程，极易引发生产安全事故，特别是地铁施工及坍塌事故，极易造成人员群死群伤。对这些危险部位采用人工监测，不仅费时费力、危险性大，而且实效性差，安全防范效果无法保证。探索采用自动化方式对这些重点部位进行监测，提高事故防范的便捷性和准确性。

一．自动监测系统背景及前景

（一）基坑基槽等坍塌事故多发。据统计，近年来建筑施工基坑等坍塌事故占所有建筑施工生产安全事故接近20%，且发生多起较大及以上坍塌事故。基坑等坍塌事故不仅易发，而且极易造成群死群伤，也极易影响周边建筑物、构筑物和道路设施的安全。

（二）国家相关政策文件的要求。2009年以来，国务院安委会、住房城乡建设部等多个部门分别下发文件，要求建立施工实时监测和工程远程监控制度，建立工程远程监控网络系统，接收并及时分析处理施工现场信息，强化工程安全质量信息化管理，提高风险防范能力。

（三）建筑施工安全管理手段的进步。随着计算机技术的普及，现在已经进入以网络为特征的时代，安全生产管理信息化是发展的必然趋势。项目层面上，项目引入现代信息工程技术，在重要部位应用远程视频监控系统和信息管理系统，为现场安全管理、应急救援提供有力保障。企业层面上，建筑施工企业可以利用互联网技术提供安全管理数据的远程报送，发挥安全信息采集、传送、使用、反馈及时性和有效性的特点，将项目日常安全管理工作纳入系统管理，实现对项目的远程管理。

（四）自动化监测的优势。由于建筑施工具有复杂性、多样性的特点，特别是在危险性较大的分部分项工程的安全生产管理工作中，迫切需要在技术上实现以下功能：

1．根据实时监测结果，发现可能发生危险的先兆，判断工程的安全性，防止工程破坏事故的发生，采取必要的工程措施；

2．以监测的结果指导现场施工，进行信息化反馈优化设计，使设计达到优质、安全、经济、合理、施工快捷；

3．为使基坑开挖工作顺利进行，及时了解周围建筑物和道路的变形情况，验证维护结构设计和施工质量，对基坑开挖过程进行动态监测，确保基坑的安全；

4．为设计人员提供准确的现场监测结果使之与理论预测值相比较，用反分析法求得更准确的设计参数，修正理论公式，不断地修改和完善原有的设计方案。

5．在突发事件发生时，依据实时数据数值突变或数值变化速率突变及时报警，即使应对措施无效，也可事先撤离作业人员，进而避免群死群伤事故发生。

二．目前建筑施工基坑监测现状

（一）影响深基坑安全的因素。基坑开挖深度：随着经济发展，人们对地下空间的需求不断增加，地下建筑的功能需求和基坑开挖深度也随之不断扩展，尤其是地铁工程地下施工深度最高达25米；施工工期及气候因素：基坑槽边坡受冻融循环影响，边坡及其支护体系容易实效失稳；场地及周边环境因素：基坑工程常面临需要保护比邻建筑物、周边道路、城市地下管网（线）等工作，场地及周边环境因素复杂、施工难度大；深基坑占比率：随着城市建设不断拓展，城市可利用空间逐渐枯竭，建设项目不断向着更高更深发展，而且随着地铁工程的逐渐普及，深基坑和隧道施工所占比例迅速增加。

（二）目前采用的监测手段及其弊端。目前基坑监测工作还是以人工测量为主，即通过一定的频率对基坑工程现场采集数据，进行内业处理，然后提供纸质或者电子的数据报告。基坑工程的海量数据采集和存储在信息化施工中是非常重要的，这就使得基坑监测在指导施工时存在测量及统计工作繁重、误差较大、各种因素导致的人工观测读数错误或主观读数误差、不能及时实时获取数据、预警报警迟缓等弊端，不利于危险发生前的有效预判和正确处置，或者说不能信息化的指导施工。

三．已成型自动监测系统的情况

（一）具备的优势。已经在国内先进城市推广，积累了实践经验，使监测系统更加完善，能够及时准确地显示重要部位实测数据，并能够依据设置的预警报警参数，及时作出反应，系统交互界面较为友好。

（二）能完成的功能及技术方面的完善程度。实现基于计算平台安全监测系统，重要关键部分可实现24小时连续观测；能够进行长期、稳定、不间断运行，数据传输和发布具有保密性和可靠性，可做到无人值守；能进行超短基线解算、已知点符合归算、坐标计算、精度估算；具有远程数据传输、远程状态浏览、远程系统设置以及安全管理等功能；能够实现数据处理分析，为工程施工提供及时的反馈信息；能够掌握基坑围护结构和相邻环境的变形和受力情况，对可能出现的险情和事故发出警报，实现提前预报警，提前采取预防措施，减少事故的发生概率。

（三）操作便利性。在现场布线、点位处理、点位传感器安装调试方面，人工监测与自动监测在时间和操作难度上并无太大差异，自动监测在系统调试方面要多耗费一些时间，一旦监测系统正常运转，人工监测要按监测频率反复进行对测量设备的安拆、调试、读数、采集数据、形成报告、判别预警、上报信息等工作，而自动监测的人工操作方面只涉及监测系统硬软件的维护、系统预警报警后的数据判别等工作，如果需要查看某时段的监测数据，可以在系统中随时获取包括列表、图表、曲线图、对比数据等多种形式的监测数据，从操作便利性方面自动监测要优于人工监测。

（四）成本控制。据了解，在监测任务相同的情况下，自动监测费用大致是人工监测费用的2～4倍。但是相对人工监测，自动监测具有一次性投入大、可多次使用且单次平均监测费用远低于人工监测的特点。监测设备（如测斜仪）在正常维护保养情况下，使用年限较长。

四．推行自动监测系统存在的问题

（一）政策方面的问题。国家标准规范性文件在建筑施工监测方面，还未明确鼓励推广自动监测系统，在定额取费方面对监测费用还没有明确说明或解释。

（二）操作方面的问题。监测方案制定水平参差不齐，有的无法指导监测工作。目前还缺乏自动监测设备在低温状态下工作效能的研究。现场布线、点位处理、点位传感器安装调试、操作界面的友好程度、数据上传反应时间、断电等其他影响因素发生后的重启时间、元器件破损的修复、替换等问题，都考验着自动监测系统的可操作性。

（三）运营方面的问题。从市场角度出发，人工费用要低于购置自动监测设备的费用，向自动监测方向转型还需要一段过度时间。同时，也面临购置费用高、系统维护、技术力量配备、缺少仪器设备校验认证环节等问题。

（四）费用方面的问题。实现自动监测系统的前期费用较高，监测需求方在预算紧张、施工周期较短、基坑安全等级不高等情况下，多数会选择费用较低的监测方式。

结语：在建筑施工领域推广自动监测，符合安全生产需要，是保障人民生命财产安全的先进而有效的手段。尽管自动监测系统在建筑领域应用还有许多问题需要完善，但可以肯定的是自动监测系统具有人工监测无法比拟的优势，在建筑施工领域推广势在必行。当然自动监测系统对于建筑施工领域还是新鲜事物，需要政府、科研机构、社会组织等各方在政策、操作、运营、成本方面的不断努力培植，才能在建筑施工领域更好地发挥作用。

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