深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

魏 然 陳 彥

(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,武漢 430074;

2.武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站,武漢 430015)

深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

魏 然1陳 彥2

(1.華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院,武漢 430074;

2.武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站,武漢 430015)

介紹了深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管信息化的產(chǎn)生背景,提出了應(yīng)用信息技術(shù)加強(qiáng)深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管的基本途徑和方法。在現(xiàn)代管理學(xué)原理、控制論、信息論的指導(dǎo)下,完成了對(duì)深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)與構(gòu)建,對(duì)立足服務(wù)于政府相關(guān)行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)及參建單位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行了規(guī)劃設(shè)計(jì)。最后以武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站為依托,討論深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用情況,總結(jié)了系統(tǒng)在應(yīng)用中取得的效果。

深基坑施工;質(zhì)量安全監(jiān)管;管理系統(tǒng)

1 前言

深基坑工程是指開(kāi)挖深度超過(guò) 5m(含 5m)或地下室三層以上(含三層),或深度雖未超過(guò) 5m(含5m),但地質(zhì)條件和周圍環(huán)境及地下管線極其復(fù)雜的工程。它是一項(xiàng)關(guān)系到社會(huì)公共安全、建筑工程質(zhì)量安全以及和諧社會(huì)建設(shè)的系統(tǒng)工程,是城市建設(shè)領(lǐng)域的頭號(hào)安全監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。隨著城市建設(shè)步伐的日益加快,城市建設(shè)中高層及超高層建筑的大量涌現(xiàn),城市中的深基坑工程數(shù)量越來(lái)越多,規(guī)模越來(lái)越大,技術(shù)復(fù)雜度越來(lái)越高,工期也越來(lái)越緊[1]。

以武漢市為例,近幾年深基坑工程數(shù)量呈逐年增加的趨勢(shì),2008年已達(dá) 230項(xiàng)(圖 1)。由于深基坑開(kāi)挖的區(qū)域也就是將來(lái)地下結(jié)構(gòu)施工的區(qū)域,甚至有時(shí)深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)還是地下永久結(jié)構(gòu)的一部分,而地下結(jié)構(gòu)的好壞又將直接影響到上部結(jié)構(gòu),所以,必須保證深基坑工程的質(zhì)量,才能保證地下結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量,創(chuàng)造一個(gè)良好的前提條件,進(jìn)而保證整幢建筑物的工程質(zhì)量。因此,深基坑施工亦成為質(zhì)量安全隱患的重要防范領(lǐng)域。為了切實(shí)履行對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全高度負(fù)責(zé)的莊嚴(yán)承諾,現(xiàn)有的深基坑工程施工質(zhì)量安全監(jiān)管方式和技術(shù)手段都亟待創(chuàng)新。

圖 1 2002～2008年武漢市深基坑工程數(shù)量

2 動(dòng)力機(jī)制分析

深基坑工程施工安全事故是由多種原因引起的,既有內(nèi)在因素也有外在因素,涉及很多方面:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,工程將會(huì)越來(lái)越多,基坑深度會(huì)越來(lái)越深,從最初的 5～7m發(fā)展到目前最深已達(dá) 20m多,對(duì)在施工過(guò)程中引發(fā)的土體性狀、環(huán)境、鄰近建筑物、地下設(shè)施變化的監(jiān)測(cè)已成了工程建設(shè)必不可少的重要環(huán)節(jié),每年的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目達(dá)到數(shù)千項(xiàng),而產(chǎn)生的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更為海量;由于工程施工技術(shù)方案與工藝流程復(fù)雜,不同的工法又有不同的適用條件,不經(jīng)慎重評(píng)選而貿(mào)然采取某種方案、技術(shù)和設(shè)備勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn);工程所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的,經(jīng)歷了各種各樣的自然和人為因素作用,其介質(zhì)特性表現(xiàn)出很大的隨機(jī)變異性。巖土體得水文地質(zhì)參數(shù)十分離散、不確定,具有很高的空間變異性,這些復(fù)雜因素的存在給深基坑施工帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn);工程周邊環(huán)境十分復(fù)雜,包括臨近建筑物結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)類型、周邊道路及周邊管線等。在施工中可能對(duì)其造成破壞[2]。

為了保障深基坑工程施工質(zhì)量安全,應(yīng)建立明確、合理的安全責(zé)任體系,對(duì)深基坑工程施工質(zhì)量安全進(jìn)行事前、事中和事后監(jiān)控管理。因此,應(yīng)充分利用包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在內(nèi)的信息處理工具,改造傳統(tǒng)的深基坑工程施工質(zhì)量安全監(jiān)管工作,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量安全監(jiān)管與信息技術(shù)的結(jié)合,構(gòu)建深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng),如圖 2所示[3]。

圖 2 構(gòu)建深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)的動(dòng)力機(jī)制

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖 3 深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

(1)基于傳感器的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)傳感器布設(shè)在深基坑工地上,通過(guò)感應(yīng)變形、位移等基坑變化,進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)采集并傳到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工況機(jī),該設(shè)備通過(guò) GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)同步發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存貯,為深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)、客觀、穩(wěn)定的基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

(2)質(zhì)量安全管理系統(tǒng)

質(zhì)量安全管理系統(tǒng)部署在政府相關(guān)行政監(jiān)管機(jī)構(gòu),從多個(gè)工點(diǎn)收集自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù);提供基于 Internet業(yè)務(wù)信息填報(bào)平臺(tái),確?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員填報(bào)人工采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、參建單位填報(bào)的質(zhì)量安全行為信息,風(fēng)險(xiǎn)源控制信息以及監(jiān)管機(jī)構(gòu)填報(bào)的質(zhì)量安全監(jiān)管記錄。

由以上兩個(gè)系統(tǒng)組成的深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)可以提供政府監(jiān)管部門、各參建單位之間的信息交流平臺(tái),提高資源共享水平,并能對(duì)監(jiān)測(cè)、管理、監(jiān)督信息進(jìn)行分析和長(zhǎng)期保存有效的服務(wù),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)深基坑施工監(jiān)管的全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的管理和反饋。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

建筑工程質(zhì)量監(jiān)督管理系統(tǒng)的功能體系由建筑工程質(zhì)量監(jiān)督業(yè)務(wù)系統(tǒng)和質(zhì)量信息接口系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。建筑工程質(zhì)量監(jiān)督業(yè)務(wù)系統(tǒng)主要是管理政府質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)內(nèi)部監(jiān)督業(yè)務(wù)活動(dòng),整合外部接口系統(tǒng)提供的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)。

4.1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理

自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)管理中的重要數(shù)據(jù),直接反映監(jiān)測(cè)的有效執(zhí)行情況,并為安全形勢(shì)分析和預(yù)警管理提供直接數(shù)據(jù)支持。利用該模塊管理工地現(xiàn)場(chǎng)傳感器和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的交互,可以實(shí)時(shí)、直觀、高效地進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)信息采集工作。

回顧90例2015年2月-2018年1月基底節(jié)區(qū)高血壓腦出血患者根據(jù)手術(shù)方法分組。觀察組男24例,女21例;年齡32-79歲,平均(55.02±2.41)歲。對(duì)照組男23例,女22例;年齡33-79歲,平均(55.41±2.02)歲。

4.2 監(jiān)測(cè)預(yù)警管理

監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊以施工現(xiàn)場(chǎng)提供自動(dòng)采集和人工填報(bào)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過(guò)集成測(cè)點(diǎn)信息、分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),可對(duì)監(jiān)測(cè)方和自動(dòng)化采集系統(tǒng)上報(bào)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯、對(duì)比和檢驗(yàn),通過(guò)對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的四級(jí)預(yù)警(特級(jí)關(guān)注:紅色預(yù)警,一級(jí)關(guān)注:橙色預(yù)警,二級(jí)關(guān)注:黃色預(yù)警,正常:綠色正常)判斷反映該深基坑的變形位移情況。通過(guò)比對(duì)各深基坑工程監(jiān)測(cè)預(yù)警信息,找出哪些工程監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)較多,分析出行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)的管控重點(diǎn)。

4.3 質(zhì)安風(fēng)險(xiǎn)管理

參建單位根據(jù)施工方案上報(bào)基于深基坑施工工法的風(fēng)險(xiǎn)信息,行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行審核后形成武漢市深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù);參建單位根據(jù)施工進(jìn)度填報(bào)風(fēng)險(xiǎn)控制措施,行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)通過(guò)審核風(fēng)險(xiǎn)控制措施,監(jiān)管參建單位填報(bào)的安全報(bào)告;行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巡視,監(jiān)督參建單位是否根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)控制措施進(jìn)行施工,實(shí)現(xiàn)從風(fēng)險(xiǎn)源頭上進(jìn)行監(jiān)管的目的。

4.4 應(yīng)急預(yù)案管理

參建單位填報(bào)安全應(yīng)急預(yù)案,行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)其審核,形成全市的應(yīng)急預(yù)案知識(shí)庫(kù)。在出現(xiàn)相應(yīng)事故時(shí),各方在趕往現(xiàn)場(chǎng)的途中迅速調(diào)出應(yīng)急預(yù)案,并按預(yù)案要求及時(shí)進(jìn)行搶險(xiǎn)救援的工作。

4.5 質(zhì)安事故管理

施工現(xiàn)場(chǎng)單位或行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的事故進(jìn)行及時(shí)地填報(bào),行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行事故跟蹤處理,并根據(jù)情況層層上報(bào),經(jīng)科長(zhǎng)督辦,領(lǐng)導(dǎo)批示,對(duì)事故進(jìn)行及時(shí)而有效地處理。行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)根據(jù)事故處理結(jié)果,進(jìn)行相應(yīng)的跟蹤和分析,吸取教訓(xùn),以便更好地監(jiān)督其他深基坑工程。

4.6 政府監(jiān)督管理

行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)日常巡視中的監(jiān)督情況和發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄,根據(jù)深基坑工程施工情況,對(duì)有重大隱患的下發(fā)整改單、停工令,對(duì)改正合格的 下發(fā)復(fù)工令,參建方通過(guò)系統(tǒng)第一時(shí)間接收并及時(shí)整改。在深基坑工程完工后,組織各方進(jìn)行深基坑評(píng)估驗(yàn)收。確保行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)與參建單位實(shí)時(shí)監(jiān)管互動(dòng),全過(guò)程記錄跟蹤檢查情況。

4.7 質(zhì)安總控中心

總控中心可以將各個(gè)工地的質(zhì)量安全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)集成,并進(jìn)行加工和分析,將整個(gè)地區(qū)內(nèi)的深基坑工程質(zhì)量安全狀況反映到統(tǒng)一的平臺(tái)中,從而便于各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)在需要時(shí)查看所需的信息,及時(shí)地做出決策、采取行動(dòng)和提供適當(dāng)?shù)膱?bào)告,真正實(shí)現(xiàn)洞察一切、管理一切。

5 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

以武漢市建筑深基坑工程質(zhì)量安全監(jiān)管為背景,武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站聯(lián)合華中科技大學(xué)工程管理研究所共同開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了武漢市深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng),目前為止該系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。針對(duì)武漢市建筑深基坑工程數(shù)量多、分布廣,控制力度大,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,使用主體要求各異等特點(diǎn),系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用 JAVA語(yǔ)言,并采用穩(wěn)定的 SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù),基于 J2EE、Web Services等技術(shù)構(gòu)建分布式多層結(jié)構(gòu);運(yùn)用于平臺(tái)無(wú)關(guān)的 JSON數(shù)據(jù)和 Socket通訊接口[4]進(jìn)行傳輸和交互工作,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模型資源與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的分離,保證系統(tǒng)的技術(shù)無(wú)關(guān)性;同時(shí)采用 webGIS(地理信息系統(tǒng))、視頻監(jiān)控技術(shù)、傳感器(圖 4)技術(shù)等,實(shí)踐了系統(tǒng)既定的設(shè)計(jì)和構(gòu)建思路,從應(yīng)用層面解決了如何有效加強(qiáng)深基坑工程施工中的質(zhì)量安全監(jiān)管問(wèn)題。

圖 4 深基坑工地安裝的沉降傳感器和位移傳感器

(1)深基坑工程地理分布形象顯示。以空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地理信息,并能對(duì)地理信息進(jìn)行查詢檢索,如圖 5所示。

(2)按月份、區(qū)域、安全等級(jí)、工程狀態(tài)等多種條件統(tǒng)計(jì)質(zhì)監(jiān)站監(jiān)管的深基坑工程。便于領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)掌握武漢市深基坑施工的整體情況,如圖 6所示。

(3)呈現(xiàn)深基坑工程的包括監(jiān)督檢查情況、監(jiān)測(cè)預(yù)警信息、安全風(fēng)險(xiǎn)控制、應(yīng)急預(yù)案信息等整體質(zhì)量安全信息,如圖 7所示。

(4)針對(duì)單個(gè)深基坑工程的監(jiān)測(cè)情況自動(dòng)判斷預(yù)警狀態(tài)并統(tǒng)計(jì),從而全面、動(dòng)態(tài)、直觀的掌握深基坑工程安全現(xiàn)狀,如圖 8所示。

(5)各安全責(zé)任主體可以在系統(tǒng)中查詢由自己負(fù)責(zé)的深基坑工程各類測(cè)點(diǎn)的趨勢(shì)分析圖,從而更加細(xì)致的掌握監(jiān)測(cè)情況,如圖9所示。

圖 7 深基坑工程監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)工程建設(shè)行政監(jiān)管領(lǐng)域信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)正在穩(wěn)步前進(jìn),部分行政監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)建立了覆蓋管理業(yè)務(wù)職能的計(jì)算機(jī)管理信息系統(tǒng)。利用信息技術(shù)強(qiáng)化政府對(duì)建設(shè)工程的監(jiān)管,提高監(jiān)督力度和水平,有效遏止工程質(zhì)量安全隱患和事故的發(fā)生,是各級(jí)建設(shè)行政主管部門關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題[5],信息技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用,使得建設(shè)監(jiān)管工作納入一個(gè)統(tǒng)一、有序的管理狀態(tài)。

通過(guò)以上研究工作和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),武漢市深基坑施工質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)于 2010年在武漢市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站投入使用,運(yùn)行穩(wěn)定,通過(guò)該系統(tǒng)達(dá)到了如下目標(biāo):

(1)提高武漢市深基坑工程施工質(zhì)量安全監(jiān)管水平。

(2)通過(guò)對(duì)深基坑工程施工質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采集、分析與積累,對(duì)復(fù)雜深基坑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià),為今后降低工程成本指標(biāo)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

(3)系統(tǒng)科學(xué)地積累深基坑施工案例數(shù)據(jù),為進(jìn)一步構(gòu)建科學(xué)的監(jiān)控規(guī)范體系,設(shè)置合理的質(zhì)量安全預(yù)警值提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(4)為利用先進(jìn)信息技術(shù)支持建設(shè)工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安全施工、文明施工的監(jiān)管提供有益的借鑒和指導(dǎo)。

[1]林鳴,徐偉.深基坑工程信息化施工技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[2]丁利鋒.我國(guó)交通隧道工程及施工技術(shù)進(jìn)展[J].硅谷,2010,(6):115.

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Design and Application ofQuality and Safety Supervision Syste m in the Construction of Deep Excavation Engineering

WeiRan1,Chen Yan2

(1.School of Civil Engineering and Mechanics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan430074,China;2.Quality Supervision Station of Construction Project,Wuhan430015,China)

The article introduces the background of info rm atization in quality and safety Supervision of deep excavation engineering.This study suggests applying infor mation technology as a basic approach andm ethod toQual-i ty and Safety Supervision System in Deep Excavation Engineering(QSSSDEE).Based on theModernManagement Principles,ControlTheory and Info rmation Theory,this study fulfills the fra m ework design forQSSSDEE,and designs the system ic structures and functions to service government supervision organizations and construction units.In the end,according toWuhanQuality Supervision Station of Construction Projec,t the authors presents a discussion on the development realization process,function syste m,application ofQSSSDEE,and su mmarizes the effects in the application of the system.

Deep Excavation Engineering;Quality and Safety Supervision;Manage m ent System

TU753;F273

A

1674-7461(2011)02-0045-06

魏然(1981-),男,工程師,項(xiàng)目經(jīng)理,碩士研究生。主要研究方向:項(xiàng)目管理。