數字化技術深基坑工程施工管理系統
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【摘要】將數字化技術應用于深基坑施工管理系統中，通過多模塊的協同作用，高效采集信息，剖析有價值的內容，給深基坑施工提供指導。文章以深基坑工程實例為背景，圍繞數字化技術在施工管理系統中的應用要點展開探討，包含系統組成、工作特性等方面。
【關鍵詞】數字化技術；深基坑工程；施工管理系統；組成
1引言
城市土地資源日益緊缺，地下空間的開發成為重要突破口，有助于緩解城市發展高需求與土地資源低供應的矛盾[1]。但地下空間的開發難度較大，易受到既有建（構）筑物的干擾，在施工技術不合理或是缺乏管理措施時均容易引發質量或安全層面的問題。在高度復雜的施工環境下，僅憑施工人員的技能和經驗顯然難以順利將各項工作落實到位，因此亟需探討科學的施工管理系統，實現統籌兼顧。
2工程概況
某深基坑工程，開挖深度15.3m，基坑臨近管溝部分為重難點施工區域，于該處采取地下連續墻加三軸攪拌樁止水帷幕相結合的方式，除此之外的其它區域均為鉆孔灌注樁+止水帷幕。基坑豎向設3道水平支撐，以混凝土為材料澆筑而得。經現場勘察可知，深基坑施工區域含大面積的潛水層和承壓含水層，埋深3.0m～11.0m。深基坑周邊分布大量建（構）筑物，易對施工造成干擾，同時隨深基坑施工的推進，在缺乏行之有效的管理措施時，以發生建（構）筑物失穩甚至坍塌事故。
3.1施工管理系統的基本架構
根據深基坑工程的施工特點，確定相適應的管理控制系統結構圖，具體內容如圖1所示。結合圖中信息展開分析，依托于技術管理平臺，可以將創建所得的施工方案導入系統內，以便系統執行自動化管理操作。現場技術人員負責采集信息，接入移動互聯網技術，將信息及時且完整地傳輸至施工管理系統中，系統在接收到該部分數據后自動做出分析，明確其中的問題及具體成因，將結果反饋給各級管理層，以便組織后續的應對工作。通過施工管理系統的應用，可提供一套高效的管理機制，做到“及時發現問題、正確解決問題”，全流程均具有規范化的特征。
3.2施工管理的標準化數據體系
深基坑工程建設期間將產生豐富的數據資源，彼此間的差異性主要體現在兩個方面。①采集方式的差異化，指的是數據源自于不同的信息采集系統；②存儲方式的差異化，現階段較為典型的有文檔、關系數據庫等方式，所采用的存儲機制存在差別。在綜合應用數據模型和數據庫技術后，可以有效保證信息存儲的安全性，但其存在較顯著的分散性特征，不利于信息的高效查詢與判斷[2]。此時，以數據模型為核心，完成多源異構數據的處理將是重點工作內容，但其難度較大，在確保數據模型具有輕量化特征的同時還需滿足模型讀取速度方面的需求。由于深基坑工程施工期間將產生豐富的數據源，因此在施工管理系統創建中引入了規范化程序，在經過工藝流程的分解、關鍵參數的確定后，創建了標準化數據體系，其能夠有效地滿足工程施工管理需求，提高信息模型的規范性，與此同時還可達到標準數據無縫對接的應用效果。
3.3數據處理設計架構
以數字化技術為支撐，形成數據處理設計架構，具體組成如圖2所示。根據圖中內容可知，該架構細分為3個層次，通過各層的協同運行，能夠快速采集數據，對其執行數字化轉換操作，在此基礎上實現碎片化數據存儲。各數據分別表征不同的意義，覆蓋信息包含物理名、采集人、采集時間、存儲時間、方案參數等。邏輯層的關鍵功能在于確定數據源所具有的邏輯關系，較為常見的有異常情況判斷邏輯、報警提醒邏輯等。在采集到數據后，由技術人員將其完整錄入系統，此時系統可啟用預設的邏輯程序和閾值，將其與采集的數據展開對比分析，對數據的完整性和準確性情況作出判斷。系統充分考慮工程施工方案和技術規程，進一步圍繞施工質量做出判斷，從中發現不達標之處，并觸發“施工問題”的提示。表現層建立在邏輯計算的基礎上，其反映的是單元數據經過處理后所得到的分析結果，涵蓋多方面具有可參考價值的信息，例如異常情況匯總、施工日志等，在取得此方面的成果后，管理層工作人員可以更為精準地鎖定具體問題，以便展開針對性的分析，從而采取合適的應對策略，從源頭上規避工程風險（見圖2）。
4數字化深基坑工程施工管理系統的具體應用
4.1數值模擬，預測施工狀況
數字化技術融入現階段較主流的數值模擬方法，在其支持下可確定最優化組織方案，在隧道施工作業持續推進之下，能夠提前展開風險監測，全局把控施工狀況，及時反饋現階段的施工安全情況，取得的等效力學參數則具備反映地層土體狀況的能力。計算環節應用的是FEM模型，順利完成計算的必要前提在于確定土體及圍護結構的單元形式。通過對數值模擬方法的應用，可預測后續施工中所存在的擾動位移情況。
4.2創建FEM模型
以監測反饋的等效力學參數為立足點，在經過模擬計算后可對當前步段的實際狀況做出分析，主要體現在施工擾動位移場和應力場兩個方面。此處以截面1為例展開分析，在完成第1層土體開挖作業后，匯總期間所采集的位移監測結果，在此基礎上反演，從而求得等效力學參數，引入FEM模型，可進一步預測后續第2、第3及第4層土體開挖的擾動位移狀況具體，如圖3所示。
4.3基于模擬結果的分析
①根據圖中信息展開分析，可知最大水平位移量達到56.36mm，所處位置集中在鉆孔灌注樁周邊土體處；發生的最大豎向位移量達到424.00mm，位置為坑內底部土體。②圖中曲線中存在若干個空心點，其指的是經過預測后，測點P13和P1對應于第3層及第4層開挖水平位移分布情況。對位移的分布特點展開分析，可知其沿深度方向呈現出類似拋物線的形狀，最大值對應區域為基坑底部開挖標高的周邊，為60mm，其它各處的位移均小于該值。圖中還存在一系列實心點，為對應于基坑第3層、第4層開挖完成時P13測點和P1測點位移監測值。通過對比分析可知，測點P13所產生的預測位移趨勢具有較高的可靠性，即能夠與實測位移高度吻合。③第3、第4層土體在經過開挖處理后，測點P1的預測結果和實測值具有高度的相似性，主要體現在水平位移最大值所處區域這一層面；但對于第3層土體開挖工況而言，此條件下取得的最大水平位移預測值與實測情況存在較明顯的偏差。究其原因，主要與施工環境高度復雜的特性有關，基坑的土體性質在不同階段均存在變動，監測結果難以準確反映實際情況；此外，監測結果的指向性也頗為特殊，其涵蓋了土體蠕變位移量，因此取得的模擬結果與實際值間必然會存在一定程度的偏差。就總體情況來看，盡管存在誤差，但依然可以給工程項目的開展提供富有指導意義的信息。④取截面2測點，確定各自在水平位移預測值和實際值方面的表現，具體情況如圖5所示。可以發現，測點P10的預測結果可靠性高，其與實測位移變化趨勢具有高度的相似性。在經過第3、第4層土體開挖作業后，于測點P3而言，其水平位移最大值的預測發生位置和實際位置高度接近，但就具體數值而言則存在偏差。究其原因，與現場土體蠕變位移所帶來的影響有密切關聯，同時計算和監測試驗的操作誤差也起到加大偏差的作用。在原位監測結果中，其涵蓋了土體蠕動位移量，但取得的FEM模擬計算結果則僅考慮的是單純的位移量，即并未包含土體蠕動情況，由此出現差距。在土體應力提高的背景下，其剪應力也將同步增加，表現出的土體蠕變位移現象明顯，兩項結果間的差異顯著。結合上述的分析結果，在確定FEM模型和等效力學參數后，能夠將其共同用于基坑開挖狀況的預測工作中，以明確其在應力場和位移場方面的實際情況，再進一步判斷基坑工程是否存在安全隱患以及發生安全事故的可能性。但預測計算結果中未涵蓋土體蠕變，而實際情況中則包含該部分內容，因此所得的計算結果普遍要小于實際值，在工程人員的分析與判斷中應重視該情況。
5深基坑工程施工管理控制系統的特點
以數字化技術為支撐，保證深基坑施工管理系統具有顯著的標準化、網絡化特征，打破以往人工管理受技術水平限制的僵局，信息溝通渠道高效而穩定，可以兼顧工程質量、安全性、效率性、環保性等多重要求[3]。
5.1施工行為規范化
標準化數據體系的創建及運營能夠用于約束施工行為，保證其具有規范化特征。
5.2管理全面化
施工管理系統提供了一套完善的人機操作界面，為用戶與數據間搭建起溝通的“橋梁”，同時用戶也可根據需求作出相應的操作，管理對象擴展至全員。
5.3數據完整化
施工管理系統的覆蓋面較廣，數據類型豐富，有選擇型、指標型及照片型三種形式的數據。
5.4分析智能化
在得到施工管理系統的支持后，能夠根據采集的數據展開分析并創建施工圖表，也可提供風險智能預判等實用性較強的功能。
6結語
深基坑工程施工質量對于地下建設事業的發展而言具有直接影響，而此類工程普遍具有施工復雜化的特點，為協調好各項生產要素的關系，有必要創建施工管理系統。現階段的信息技術發展迅猛，可將數字化技術融入系統中，提高系統在數據采集、數據分析、匯總結果等方面的工作能力，作為深基坑施工的“得力助手”。
參考文獻
[1]范傳斌，張宏軍.信息化監測技術在深基坑施工中的應用[J].建筑施工，2014(11):1-5.
[2]王亮，李凱，章美芬.虛擬仿真施工技術在深基坑支護工程中的應用[C].第三屆全國地下、水下工程技術交流會，2013:42-44.
[3]史煒.深基坑變形控制新技術及信息化監測的應用[J].數字化用戶，2017，23(2):13.
作者：熊保強 單位：中鐵十一局集團第一工程有限公司
