高層建筑物沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法

摘 要：相比傳統(tǒng)的一般建筑而言，高層建筑受力情況和結(jié)構(gòu)體系更為復(fù)雜。高層建筑若出現(xiàn)較大沉降變形，就會(huì)有較大風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)給人們生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)危害。為了滿足用戶正常使用需求，故高層建筑相關(guān)指標(biāo)控制更為嚴(yán)格，尤其是沉降數(shù)據(jù)的控制。對(duì)高層建筑物而言，常常需要高精確的觀測(cè)手段來(lái)檢測(cè)其沉降量變化情況，以確保建筑物的安全，避免出現(xiàn)重大的生命財(cái)產(chǎn)危險(xiǎn)。一般而言，建筑物沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)是一批含有噪聲波，并且波幅很大的簡(jiǎn)短離散型數(shù)據(jù)。文章分析各種變形觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法和預(yù)測(cè)手段，并結(jié)合建筑物沉降特征進(jìn)行介紹，從而使建筑物沉降監(jiān)測(cè)能夠有效地推廣。

關(guān)鍵詞：高層建筑物；沉降觀測(cè)；數(shù)據(jù)處理

改革開放以來(lái)，我國(guó)科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力均有了巨大發(fā)展，城鎮(zhèn)化步伐正在不斷加快，各地的高層建筑物如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)。同時(shí)由于城市土地資源的緊缺，更加劇了高層建筑數(shù)量的增多。比如，我國(guó)臺(tái)北的101大樓、上海金茂大廈等。此外，城市建筑地下空間的開發(fā)同樣迅速，地下停車場(chǎng)已經(jīng)成為城市發(fā)展的重要名牌。這些建筑都需要進(jìn)行基槽的深開挖，會(huì)對(duì)相鄰建筑物造成很大影響，同時(shí)在建建筑物施工作業(yè)環(huán)節(jié)同樣受到多種因素作用，最終致使建筑物出現(xiàn)變形沉降（均勻沉降和不均勻沉降），一般而言，勻速沉降是比較安全的，通常不會(huì)出現(xiàn)安全事故。而當(dāng)建筑物因?yàn)樽陨碓蚝屯獠恳蛩氐茸饔贸霈F(xiàn)不均勻沉降時(shí)，就會(huì)影響建筑物的使用安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致坍塌，給民眾財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重危害。所以，為了確保建筑物安全，需進(jìn)行沉降觀測(cè)，并進(jìn)行處理分析，掌握沉降規(guī)律，有效預(yù)防潛在隱患，保證建筑物的安全性。

1 變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)現(xiàn)狀研究

變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理是一個(gè)涉及到多種學(xué)科和行業(yè)部門的工作，對(duì)于該方面的研究，我國(guó)最早開始于上世紀(jì)60年代，卻在80年代才得到推廣應(yīng)用，一些新的觀點(diǎn)意見，新的技術(shù)理論，新的檢測(cè)和處理方法不斷涌現(xiàn)。更多的數(shù)據(jù)處理和沉降變形預(yù)估不斷出現(xiàn)。由于建筑物本身的復(fù)雜性和沉降因素的不確定性，故建立合適的分析檢測(cè)預(yù)測(cè)模型就變得十分困難。當(dāng)前，在實(shí)測(cè)沉降和變形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)探析進(jìn)程中，采用各種預(yù)測(cè)方法來(lái)創(chuàng)建數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)模型，得到了研究建筑物沉降有關(guān)方面學(xué)術(shù)人員的高度重視。創(chuàng)建的處理和預(yù)測(cè)模型中最具有代表特性的有多種，下文將會(huì)對(duì)相處理關(guān)分理論進(jìn)行相應(yīng)內(nèi)容介紹。

2 小波變換數(shù)據(jù)除噪

因?yàn)閷?dǎo)致建筑物出現(xiàn)沉降變形的因素很多，同時(shí)外界條件作用也相對(duì)較多。故經(jīng)過(guò)實(shí)際觀測(cè)得來(lái)的建筑物沉降邊形數(shù)據(jù)中涵蓋了很多噪音，數(shù)據(jù)中存在的噪音會(huì)對(duì)采集到的信號(hào)特征有著極大影響，若是直接從觀測(cè)的沉降變形數(shù)據(jù)信號(hào)中預(yù)測(cè)建筑物沉降，往往會(huì)使分析預(yù)測(cè)結(jié)果不能夠滿足要求，給沉降預(yù)測(cè)帶來(lái)很大麻煩。所以，對(duì)建筑物的沉降變形的預(yù)測(cè)條件就是怎樣從采集到的數(shù)據(jù)中去除噪音，提取所需要的數(shù)據(jù)。小波變換作為一種信號(hào)處理器，具有多全面的辨析功能，在多種領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。因?yàn)橛^測(cè)到的數(shù)據(jù)多為離散型，而小波變換對(duì)此數(shù)據(jù)處理有著獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)不同頻率波段進(jìn)行處理，減除影響噪音，得到真實(shí)數(shù)據(jù)。此外，小波變換除噪還能夠有效地降低原始數(shù)據(jù)信號(hào)內(nèi)的噪音，同時(shí)還能較好地刻畫信號(hào)的波段性。所以小波轉(zhuǎn)換去噪，對(duì)建筑沉降變形數(shù)據(jù)處理和監(jiān)測(cè)工作而言，是一項(xiàng)十分重要的工作。該種數(shù)據(jù)信息處理方法已經(jīng)成為工程觀測(cè)的一個(gè)重要手段。圖1為其工作的基本原理。

3 灰色預(yù)測(cè)模型

因高層建筑物沉降的復(fù)雜性，沉降變形觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)具有下列特征：（1）沉降變形是由多種條件共同作用，影響條件具有多樣性；（2）各種因素間關(guān)系模糊；（3）難以用函數(shù)模型來(lái)解析變量和外界因素間關(guān)系；故建筑物沉降體系本質(zhì)上而言，是一種處于已知和未知中間的經(jīng)典灰色體系。因此，我們也可以采用灰色理論來(lái)對(duì)沉降進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行和預(yù)測(cè)。該理論的主要內(nèi)容如下：

該理論將沉降數(shù)據(jù)中不確定性因素當(dāng)成灰色數(shù)據(jù)量，然后以離散數(shù)據(jù)序列建立微分性的連續(xù)動(dòng)態(tài)特征的模型。

該系統(tǒng)理論采用沉降數(shù)據(jù)生成手段，來(lái)對(duì)表象毫無(wú)規(guī)律的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并用整理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立，然后通過(guò)“以數(shù)找數(shù)”的手段來(lái)闡釋客觀事物存在的規(guī)律特點(diǎn)。

該理論可以在信息貧乏，觀測(cè)數(shù)據(jù)較少的條件下建立模型，并在預(yù)測(cè)和決策方面有著獨(dú)到之處。

該理論既有著較強(qiáng)的理論特性，同時(shí)還有很強(qiáng)的實(shí)用特性，它很好地把定性、定量研究與動(dòng)態(tài)研究高效的結(jié)合起來(lái)，然后對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

由于灰色理論存在著以上獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，故從其發(fā)展至今，受到了很多建筑物沉降變形觀測(cè)方面專家的重視。近年來(lái)，該理論還被運(yùn)用到了化學(xué)工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、漁業(yè)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，并取得了重大成就。

4 馬爾可夫鏈預(yù)測(cè)模型

馬爾可夫鏈?zhǔn)且噪S機(jī)數(shù)學(xué)理論來(lái)分析事物發(fā)展變化進(jìn)程中相關(guān)量之間的關(guān)系，是一種把概率論作為基本依據(jù)的定性方法。在一個(gè)隨機(jī)進(jìn)程中，如果事物由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變（轉(zhuǎn)移）為另一種狀態(tài)的概率僅與當(dāng)前狀態(tài)相關(guān)，而與之前毫無(wú)關(guān)聯(lián)，則就稱其為馬爾可夫過(guò)程。該過(guò)程具有無(wú)后效特性，這是該理論的重要本質(zhì)，若馬爾可夫過(guò)程中的時(shí)間和狀態(tài)是離散類型的，則稱該過(guò)程為馬爾可夫鏈，它是預(yù)測(cè)事物可能發(fā)生的概率的手段。該原理需要采集足夠多的數(shù)據(jù)來(lái)建造事物發(fā)生和轉(zhuǎn)移的概率方陣（矩陣），進(jìn)而確定事物狀態(tài)的變化趨勢(shì)，用來(lái)預(yù)測(cè)事物變化趨勢(shì)。該種手段的預(yù)測(cè)是基于事物變化之間的相關(guān)概率，來(lái)推算相關(guān)體系的未來(lái)發(fā)展變化，重要的是，它對(duì)建筑物沉降變形的預(yù)測(cè)是建立在對(duì)以往沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析上的。所以，對(duì)建筑物沉降觀測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)越多，馬爾可夫的預(yù)測(cè)越精準(zhǔn)，結(jié)果也更可靠。但事物的狀態(tài)劃分對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果有著重大影響，所以狀態(tài)的劃分和數(shù)量的確定要以實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)為依據(jù)。因?yàn)樵摲N方法對(duì)以前的建筑沉降數(shù)據(jù)需求量較大，所以對(duì)以前沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)較少的建筑物，難以用此方法進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑物的沉降變形有可能會(huì)造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)和生命安全。對(duì)于高層建筑而言，沉降和變形必須要有嚴(yán)格的數(shù)據(jù)指標(biāo)，并且做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并預(yù)測(cè)今后變形沉降動(dòng)態(tài)，對(duì)于安全隱患及時(shí)進(jìn)行加固和修補(bǔ)，確保建筑物安全，保證人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。所以，文章針對(duì)高層建筑沉降數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)做了簡(jiǎn)要分析，并簡(jiǎn)要地介紹了幾種對(duì)于建筑物沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理以及預(yù)測(cè)方法模型，希望能夠?qū)Ω邔咏ㄖ两底冃斡^測(cè)數(shù)據(jù)處理和預(yù)測(cè)有所幫助，提高沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理準(zhǔn)確度和預(yù)測(cè)精度。

參考文獻(xiàn)

[1]葉東偉.高層建筑施工中地基檢測(cè)與沉降觀測(cè)技術(shù)分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2015（01）.

[2]隋勇.高層建筑工程施工中沉降觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及結(jié)果分析[J].門窗，2015（10）.

[3]鐘曉霞.高層建筑沉降觀測(cè)技術(shù)及數(shù)據(jù)分析探討[J].科技視界，2016（10）.

[4]王雷電.高層建筑沉降觀測(cè)與數(shù)據(jù)分析[J].資源信息與工程，2016（02）.

[5]白洪偉.皖北煤礦高層建筑物沉降數(shù)據(jù)處理與預(yù)測(cè)[J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016（02）.

作者簡(jiǎn)介：馬瑜（1981，4-），女，籍貫：陜西綏德，工程師，本科，研究方向：測(cè)量測(cè)繪。