建設(shè)工程智能監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺的研發(fā)

李 均，章丹峰，王建強(qiáng)，陳海南

（1、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500；2、廣東質(zhì)安建設(shè)工程技術(shù)有限公司 廣州510660；3、中山大學(xué) 廣州510275）

1 概述

1.1 本平臺開發(fā)的意義和目的

自然災(zāi)害和施工不當(dāng)而引發(fā)的工程事件屢見不鮮，使得工程安全預(yù)警監(jiān)測手段成為社會的迫切需要。由于被監(jiān)控量測對象之間的關(guān)系越來越復(fù)雜，人們對監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和處理的時效性以及監(jiān)測數(shù)據(jù)信息共享的要求越來越高。傳統(tǒng)監(jiān)測工作為勞動密集型，由人工監(jiān)測完成，存在數(shù)據(jù)采集不規(guī)范、不及時、存在人為誤差、人員投入多、監(jiān)測成本高以及安全生產(chǎn)風(fēng)險大等問題，傳統(tǒng)監(jiān)測行業(yè)越來越不適應(yīng)信息化時代的要求，轉(zhuǎn)型是必然趨勢。

在電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)、5G、嵌入式技術(shù)和人工智能等技術(shù)高速發(fā)展的推動下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正處于高速發(fā)展期，正在不斷滲透到建筑物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測領(lǐng)域，如傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在建設(shè)工程中的應(yīng)用，解決了諸多傳統(tǒng)監(jiān)測方法中比較棘手的問題。如何把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳統(tǒng)監(jiān)測方法完美結(jié)合起來，是當(dāng)前建筑物結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測信息化發(fā)展急需解決的課題。因此借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)出“建設(shè)工程監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺”來實(shí)現(xiàn)真實(shí)、及時、準(zhǔn)確、連續(xù)、可量化的功能作用，便捷地了解建筑物的實(shí)時變形情況，規(guī)范現(xiàn)場作業(yè)行為、自動生成報告信息、監(jiān)測大數(shù)據(jù)整理、減輕技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度，具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)價值。

本項(xiàng)目旨在面向建筑工程監(jiān)測的重大需求，針對建筑工程監(jiān)測工作不規(guī)范、真實(shí)性不及時、技術(shù)人員投入多、監(jiān)測實(shí)施成本高等突出問題，整合各類資源，開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)器云等技術(shù)引入到監(jiān)測工作中，構(gòu)建集中整合的數(shù)據(jù)平臺，研制出一種新型建筑工程安全信息化監(jiān)測云平臺。平臺能兼容人工監(jiān)測、自動化監(jiān)測2 種方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線解析、報告自動生成、三維可視化程度強(qiáng)、具有綜合預(yù)警等多項(xiàng)功能，成為一套針對建設(shè)工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息預(yù)警體系，為工程建設(shè)保駕護(hù)航。

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

區(qū)別于國外單一監(jiān)測監(jiān)管平臺，國內(nèi)在單一監(jiān)測監(jiān)管平臺之外相對搭建了簡單平臺。胡友健等人［1］研究建立了基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測信息的導(dǎo)入功能，能夠分析不同格式的監(jiān)測數(shù)據(jù)，判定基坑監(jiān)測目標(biāo)的安全狀態(tài)。謝偉等人［2］介紹了基于Web 的基坑監(jiān)測信息管理平臺，改變了傳統(tǒng)C/S 架構(gòu)模式，可以在Web 端進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享。該系統(tǒng)主要用來管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像繪制。張建文［3］研究建立了深基坑監(jiān)測預(yù)測報警系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲功能，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)利用灰色模型進(jìn)行預(yù)測，采用若干指標(biāo)判定基坑項(xiàng)目的安全狀態(tài)。張通等人［4］分別在山東濱州黃河公路大橋、山東東營黃河公路大橋、天津永和橋及哈爾濱四方臺松花江大橋上布設(shè)了實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)及遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測技術(shù)、損傷識別、模型修正及安全評定等方面進(jìn)行了大量的研究。梁桂蘭等人［5］采用Visual Basic 編程語言和SQL 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，運(yùn)用可視化技術(shù)，在VB 和GIS 的基礎(chǔ)上研制了應(yīng)用于邊坡工程監(jiān)測信息管理的可視化分析系統(tǒng)。吳玉財(cái)?shù)热耍?］研發(fā)了能滿足監(jiān)測數(shù)據(jù)有效管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化查詢、根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析和分析后進(jìn)行變形預(yù)測預(yù)警等功能的“邊坡監(jiān)測信息分析系統(tǒng)”。

近年來，由于動態(tài)設(shè)計(jì)及信息化施工技術(shù)的提出，國內(nèi)外學(xué)者對建筑工程監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了更深入的研究，具體表現(xiàn)在2方面：

⑴監(jiān)測方法及儀器本身快速發(fā)展［7］。隨著測量技術(shù)和傳感器及自動控制技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)測技術(shù)亦不斷向自動化和高精度的方向發(fā)展［8］。在測量監(jiān)測領(lǐng)域，如果是在開闊的地區(qū)且測點(diǎn)密度不是很大，靜態(tài)已經(jīng)可以滿足變形監(jiān)測要求。而深基坑施工監(jiān)測時監(jiān)測點(diǎn)一般較多，則可使用新一代高精度智能全站儀，對多個測點(diǎn)進(jìn)行自動定時監(jiān)測，得到測點(diǎn)的實(shí)時三維變形數(shù)據(jù)。另外，傳感器制造技術(shù)也在不斷發(fā)展，新一代的傳感器將更堅(jiān)固、可靠、穩(wěn)定和高精度。圍護(hù)墻的深部位移可以使用固定傾斜傳感器，安裝于測斜管內(nèi)，進(jìn)行墻體深部的水平位移自動監(jiān)測，而支撐軸力、上壓力、孔隙水壓力測試通常采用的振弦式測力傳感器己經(jīng)是較為成熟的產(chǎn)品，通過電纜線將這些傳感器接入控制模塊便可實(shí)現(xiàn)自動控制。在國外，支撐軸力的測力傳感器甚至直接和加力設(shè)備合二為一，在主控機(jī)上可以直接看到支撐實(shí)時的受力情況并可以隨時調(diào)整其受力情況［9］。同時，地下水位和土體分層沉降測試等監(jiān)測項(xiàng)目也可以采用帶相應(yīng)傳感器探頭的自動測控儀器。當(dāng)然，自動監(jiān)測技術(shù)的實(shí)施還離不開自動控制技術(shù)，需要強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)及控制軟件做后盾，還需要有優(yōu)秀的切合現(xiàn)場需要的數(shù)據(jù)分析軟件。

⑵監(jiān)測內(nèi)容不斷完善，分析方法不斷提高。監(jiān)測內(nèi)容現(xiàn)已包括圍護(hù)墻坡頂水平位移、圍護(hù)墻坡頂豎向位移、圍護(hù)墻體深層水平位移、圍護(hù)墻體內(nèi)力、支撐內(nèi)力或變形、立柱位移、錨桿拉力、坑底隆起、土層分層豎向位移、圍護(hù)墻前后土壓力、孔隙水壓力、地下水位、基坑周邊地表豎向位移、周邊建構(gòu)筑物變形以及地下管線變形等［10］。分析方法也提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測預(yù)報方法、實(shí)時建模時序分析預(yù)測預(yù)報法、模糊數(shù)學(xué)預(yù)測預(yù)報分析法及灰色系統(tǒng)預(yù)測預(yù)報法等多種建筑基坑預(yù)測預(yù)報分析方法［11～16］。

1.2.2 國外研究現(xiàn)狀

隨著建設(shè)事業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些超大型建設(shè)工程的相繼建成，人們對這些大型建設(shè)工程的安全性與正常使用功能日漸關(guān)注和重視，監(jiān)測系統(tǒng)和智能控制技術(shù)相繼運(yùn)用到這些大型項(xiàng)目中，并得到了迅速發(fā)展，這項(xiàng)課題日益成為國內(nèi)外建設(shè)工程學(xué)術(shù)界和工程界的研究熱點(diǎn)，對于不同類型的建設(shè)工程建立了各種規(guī)模的監(jiān)測監(jiān)管平臺。

韓國首爾地鐵項(xiàng)目通過結(jié)合GIS和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了IT-TURISK 地鐵施工風(fēng)險評估系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對地面塌陷、建筑物損害地鐵評估系統(tǒng)以及地下水補(bǔ)給的模擬。意大利某公司基于B/S 架構(gòu)模式，研發(fā)出一套解決施工安全管理的軟件系統(tǒng)GDMS（Geo Data Master System），該系統(tǒng)可以自動采集、管理、顯示施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，借助可視化技術(shù)，用戶可以在地圖上直觀查看監(jiān)測信息及圖像，當(dāng)預(yù)警值超過設(shè)定的闊值時，系統(tǒng)會及時地通過發(fā)送短信或者郵件告知相關(guān)負(fù)責(zé)人。法國開發(fā)了PANDA 大壩監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過internet 傳輸數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)的分層管理。日本則研發(fā)出一套實(shí)時監(jiān)控管理系統(tǒng)BRIMOS（見圖1）。

國外建立監(jiān)測監(jiān)管平臺的典型還有英國的Flint?shire、美國的Sun-shine Skyway Bridge 以及加拿大的Confed-eratio Bridge。這些監(jiān)測監(jiān)管的功能與數(shù)據(jù)往往局限于單個系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與其他監(jiān)測系統(tǒng)的比較分析，無法體現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)管平臺的優(yōu)越性。

1.3 開發(fā)目標(biāo)和主要內(nèi)容

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the Structure of the Bridge Structure Safety Monitoring and Supervision System

1.3.1 開發(fā)目標(biāo)

1.3.1.1 為監(jiān)管及生產(chǎn)單位提供基礎(chǔ)技術(shù)服務(wù)

⑴及時推送監(jiān)測結(jié)果報告。監(jiān)測監(jiān)管云平臺通過互聯(lián)網(wǎng)將監(jiān)測結(jié)果報告及時推送給相關(guān)單位管理人員和技術(shù)人員，使其及時掌握工程安全信息。

⑵遠(yuǎn)程控制監(jiān)測監(jiān)管云平臺。平臺具備遠(yuǎn)程管理功能，實(shí)現(xiàn)對異地項(xiàng)目的遠(yuǎn)程監(jiān)督及管理。實(shí)現(xiàn)監(jiān)管部門對工程項(xiàng)目的實(shí)時監(jiān)控。

⑶數(shù)據(jù)自動處理、報告/報表自動生成。通過云平臺服務(wù)器實(shí)現(xiàn)工程各類信息分類展現(xiàn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)自動處理、報告/報表自動生成及審核，呈現(xiàn)多種分門分類展示功能。

⑷平臺實(shí)現(xiàn)所有信息快速搜索。平臺內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，通過數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)時間、報警信息等各種搜索引擎及工具快速查找。

1.3.1.2 為監(jiān)管單位提供管理服務(wù)

⑴平臺可以全面掌握監(jiān)管單位監(jiān)測片區(qū)內(nèi)的所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，全天顯示和分析安全狀況，達(dá)到預(yù)警值報警，為重大隱患提供預(yù)報警，為監(jiān)管單位區(qū)域內(nèi)突發(fā)事件的預(yù)測、預(yù)警工作提供決策依據(jù)。

⑵ 將數(shù)據(jù)采集、分析與預(yù)警完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、視頻監(jiān)控、GIS 定位功能的現(xiàn)代化實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測及預(yù)警。平臺預(yù)警后將結(jié)合GIS系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)的施工工況，快速響應(yīng)應(yīng)急救援措施，提供指揮調(diào)度、接處警和應(yīng)急輔助決策分析，為決策者提供應(yīng)急指揮系統(tǒng)保障，快速響應(yīng)重大突發(fā)事件應(yīng)急處置工作。

⑶集成多方數(shù)據(jù)信息，對跨部門、跨行業(yè)的事故處理，及時提供科學(xué)的決策信息，并可進(jìn)行高效的應(yīng)急聯(lián)動指揮、調(diào)度、協(xié)調(diào)和處理。

⑷在監(jiān)管單位層面實(shí)時掌握轄區(qū)內(nèi)建設(shè)工程的實(shí)施情況，實(shí)現(xiàn)建設(shè)工程安全運(yùn)行監(jiān)督檢查工作。

⑸平臺可以實(shí)現(xiàn)對各監(jiān)測單位之間的信息統(tǒng)計(jì)、各參建單位的信息交互、網(wǎng)上辦公及信譽(yù)評價等。

1.3.1.3 為科學(xué)研究，管理決策提供服務(wù)

⑴對結(jié)構(gòu)行業(yè)損傷機(jī)理的宏觀分析、結(jié)構(gòu)變形及破壞趨勢研究、不同類別結(jié)構(gòu)損毀成因等具有指導(dǎo)意義。如結(jié)構(gòu)海面腐蝕、結(jié)構(gòu)繁忙地段損壞、耐久性等分析。不同類型的結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理研究，可以通過平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納演繹，對建設(shè)工程的安全管理具有現(xiàn)實(shí)意義。

⑵平臺可以全面掌握轄區(qū)內(nèi)建設(shè)工程的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的演繹歸納，制定出適合于建設(shè)工程監(jiān)測的安全評價標(biāo)準(zhǔn)體系，形成地方性的規(guī)程，指導(dǎo)與基坑、邊坡、建筑物等相關(guān)工程建設(shè)、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)等方面工作的開展，為行業(yè)提出發(fā)展方向。

⑶實(shí)現(xiàn)對各被監(jiān)測物的長期穩(wěn)定監(jiān)測，為后期的決策提供依據(jù)，避免盲目投入，根據(jù)趨勢分析甚至可以做到防范于未然，節(jié)省不必要的投入。

1.3.2 主要研究內(nèi)容

目前我國正處于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)蓬勃發(fā)展的時期，隨著建設(shè)施工項(xiàng)目規(guī)模的不斷擴(kuò)大、各類重大建設(shè)項(xiàng)目的穩(wěn)步推進(jìn)，隨之面臨著施工工藝復(fù)雜、施工組織結(jié)構(gòu)多樣、并行穿插施工等帶來的監(jiān)管難題與施工安全隱患。本項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、信息與通信技術(shù)，對建設(shè)工程監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺的建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)行了研究。

⑴項(xiàng)目人員是施工階段建筑工地最活躍的對象，不規(guī)范的行為不僅容易對項(xiàng)目人員自身的健康與安全造成極大的影響，同時也對建筑施工進(jìn)度造成直接影響，嚴(yán)重者甚至對建筑結(jié)構(gòu)的安全與功能造成無法修復(fù)的破壞。將建設(shè)施工過程中工人的行為作為獨(dú)立監(jiān)控對象，基于多傳感器融合研究對施工工人行為的智能監(jiān)控方法，實(shí)現(xiàn)了對施工現(xiàn)場人員行為安全的評估。

⑵針對大型建設(shè)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)形式多、工序繁雜等特點(diǎn)，通過對既有技術(shù)與管理資料的全面分析、針對不同結(jié)構(gòu)形式以及結(jié)構(gòu)功能的重要性、分別按不同尺度建立結(jié)構(gòu)單元的數(shù)字化模型圖庫，為結(jié)構(gòu)安全分析提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，對整體工程項(xiàng)目進(jìn)行節(jié)點(diǎn)識別，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)施工風(fēng)險評估，建立基于BIM 技術(shù)的實(shí)時動態(tài)反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高風(fēng)險節(jié)點(diǎn)工程施工精細(xì)化管控與智能決策技術(shù)，確保施工安全。實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的危大工程項(xiàng)目施工結(jié)構(gòu)安全管控系統(tǒng)。

⑶針對建設(shè)工程項(xiàng)目監(jiān)管源多且雜以及信息流并行穿插的監(jiān)管難點(diǎn)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、信息技術(shù)、通信技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，研究構(gòu)建多源異構(gòu)監(jiān)測基礎(chǔ)設(shè)施分布式信息管理平臺。針對建設(shè)監(jiān)管過程中的大規(guī)模并發(fā)數(shù)據(jù)流的存儲與訪問，研究構(gòu)建建設(shè)項(xiàng)目屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫，融合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，確保監(jiān)管數(shù)據(jù)按照施工組織機(jī)構(gòu)來組織、存儲和管理。建立面向建設(shè)工程項(xiàng)目監(jiān)督、管理與預(yù)警的云平臺，實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析的建設(shè)工程項(xiàng)目智能監(jiān)督監(jiān)管。

基于對建設(shè)工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的自主監(jiān)控，針對建設(shè)工程項(xiàng)目監(jiān)督、管理與預(yù)警任務(wù)中涉及的工程施工進(jìn)度管理、人員管理、施工安全監(jiān)管以及施工環(huán)境監(jiān)管，研究基于云平臺的智能化監(jiān)督與管理。實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)權(quán)限管理、數(shù)據(jù)采集管理、數(shù)據(jù)計(jì)算存儲管理、預(yù)警管理、監(jiān)督管理、數(shù)據(jù)查詢管理、報告編制管理、信息管理的云端操作與處理，最終實(shí)現(xiàn)基于云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析的建設(shè)工程項(xiàng)目智能監(jiān)督監(jiān)管，并提供多終端（遠(yuǎn)程手機(jī)APP、電腦WEB 以及現(xiàn)場屏幕監(jiān)控）的訪問控制。

①數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)：通過采集客戶端與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)與平臺的交互。

②監(jiān)測物理量空間數(shù)據(jù)的三維實(shí)時動態(tài)可視化表達(dá)。

③根據(jù)實(shí)時的監(jiān)測數(shù)據(jù)和其他相關(guān)資料，精確地實(shí)現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)的變形預(yù)測預(yù)警。

④對各監(jiān)測單位之間的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各參建單位的信息交互、網(wǎng)上辦公及信譽(yù)評價等。對正在實(shí)施監(jiān)測的項(xiàng)目進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，運(yùn)用多種圖表形式實(shí)時規(guī)定區(qū)域內(nèi)所有監(jiān)測項(xiàng)目信息的呈現(xiàn)。

⑤從監(jiān)管單位層面實(shí)時掌握轄區(qū)內(nèi)建筑物的實(shí)施情況，對異地項(xiàng)目遠(yuǎn)程監(jiān)督及管理，全天候顯示和分析安全狀況，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、視頻監(jiān)控、GIS 定位功能的現(xiàn)代化實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)測及預(yù)警。平臺預(yù)警后結(jié)合GIS 系統(tǒng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)施工工況，快速響應(yīng)應(yīng)急救援措施，提供指揮調(diào)度、接處警和應(yīng)急輔助決策分析。

⑥實(shí)時監(jiān)測建筑物結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，處理監(jiān)測信息，作出建筑物評估。當(dāng)建筑物工作狀態(tài)或者承擔(dān)的運(yùn)營荷載達(dá)到異常界限值時，建設(shè)工程監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺通過APP、微信公眾號、短信等方式向相關(guān)人員及時發(fā)送報警信息。

⑦平臺對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)分類，自動完成報告編制，通過互聯(lián)網(wǎng)按時推送監(jiān)測報告給各級管理部門的管理者及相應(yīng)的技術(shù)人員，相關(guān)人員能通過手機(jī)APP 實(shí)現(xiàn)隨時隨地快速完成報告成果審批簽名。

⑧平臺對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)通過數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)時間、報警信息等各種搜索引擎及工具快速查找。

⑨借助于建設(shè)工程監(jiān)測監(jiān)管平臺及時獲取建筑物結(jié)構(gòu)的受力工作行為信息，設(shè)計(jì)者可通過這些信息進(jìn)一步校驗(yàn)原計(jì)算理論模型是否符合實(shí)際，設(shè)計(jì)方案是否正確。

⑩監(jiān)測平臺充當(dāng)“現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室”，為實(shí)驗(yàn)室調(diào)查及理論研究提供實(shí)測數(shù)據(jù)，對結(jié)構(gòu)行業(yè)損傷機(jī)理的宏觀分析、結(jié)構(gòu)變形及破壞趨勢研究、不同類別結(jié)構(gòu)損毀成因等具有指導(dǎo)意義。

1.4 平臺開發(fā)的技術(shù)方法路線

監(jiān)測監(jiān)管云平臺開發(fā)技術(shù)方法路線如圖2所示。

2 平臺詳細(xì)設(shè)計(jì)

區(qū)別于傳統(tǒng)監(jiān)測平臺，基于云計(jì)算服務(wù)中心的監(jiān)測監(jiān)管平臺，可以容納上萬個基坑、邊坡、隧道等結(jié)構(gòu)物，并配備高層次領(lǐng)導(dǎo)專家隊(duì)伍進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，為客戶提供基于行業(yè)規(guī)范或管理需求的多維度有效管控的智能化服務(wù)及應(yīng)用平臺。從而實(shí)現(xiàn)對工程健康、安全監(jiān)測信息的及時掌握和評估、設(shè)計(jì)優(yōu)化、大數(shù)據(jù)挖掘，以及為相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)和其他研究者提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享服務(wù)。

2.1 平臺體系結(jié)構(gòu)

2.1.1 平臺體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

工程監(jiān)測監(jiān)管云平臺主要用于監(jiān)測各類物體的力變和形變以及外部環(huán)境等特征變化。工程監(jiān)測監(jiān)管云平臺主要由各類傳感器構(gòu)成的現(xiàn)場感知系統(tǒng)、由各類采集儀構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、由數(shù)據(jù)計(jì)算與分析的云服務(wù)器系統(tǒng)、由手機(jī)APP、數(shù)據(jù)上傳客戶端、網(wǎng)頁、指揮系統(tǒng)等構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)等組成。

2.1.2 平臺操作流程設(shè)計(jì)

平臺操作流程設(shè)計(jì)需按照核心功能的一致性、用戶間溝通的可交互性、用戶權(quán)限的分層分級控制、訪問及使用的溯源性、工程信息呈現(xiàn)的全面性、信息推送的及時性、數(shù)據(jù)結(jié)果展示的多面性和三維可視性、數(shù)據(jù)的可交互和共享性以及保密性、現(xiàn)場監(jiān)控的實(shí)時性、現(xiàn)場采集層的感知性以及其功能的多層次性和擴(kuò)展性。

2.1.3 平臺框架設(shè)計(jì)

圖2 云平臺開發(fā)技術(shù)方法路線Fig.2 Cloud Platform Development Technology Roadmap

平臺框架主要由項(xiàng)目管理、報告管理、警報信息、監(jiān)測機(jī)構(gòu)信息、辦公管理、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)刪除申請、知識庫、個人中心、監(jiān)測超市、數(shù)據(jù)上傳端等模塊構(gòu)成，現(xiàn)場感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的功能模塊分別嵌入平臺主要框架中，現(xiàn)場感知系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ苣K需要考慮設(shè)備和傳感器的有效性預(yù)警、管理、錄入，其中數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的客戶端管理需要考慮各種采集設(shè)備的調(diào)試、參數(shù)設(shè)置以及預(yù)警提示。應(yīng)用系統(tǒng)需要考慮操作的方便性、及時性、有效性、個性化，同時還需考慮普適性和監(jiān)測項(xiàng)目信息展示的全面性。

監(jiān)測監(jiān)管云平臺分為感知層（采集層）、網(wǎng)絡(luò)層（處理層）和應(yīng)用層（用戶層）3個層面，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測監(jiān)管云平臺示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Monitoring and Supervision Cloud Platform

2.2 平臺數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.2.1 數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集傳輸是計(jì)算機(jī)信息處理的一個重要組成部分，是通過監(jiān)測傳感器等其他外部設(shè)備將壓力、溫度、光照強(qiáng)度、濕度等非電量信號轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識別的電量，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號即A/D 轉(zhuǎn)換并將其傳輸至計(jì)算機(jī)或服務(wù)器，可以輕易地通過外部設(shè)備對需要的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)控制以及數(shù)據(jù)管理，進(jìn)而對現(xiàn)場的各種監(jiān)測要素進(jìn)行綜合的一體化控制。

2.2.2 數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析處理分析系統(tǒng)是對現(xiàn)場傳感器采集傳輸獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)專業(yè)化的計(jì)算處理，并及時作出結(jié)果、評估、預(yù)警和決策響應(yīng)等工作，包括現(xiàn)場基本情況、現(xiàn)場環(huán)境、原始數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理結(jié)果、預(yù)警機(jī)制及信息、歷史相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線展示、三維展示、信息交互、權(quán)限管理、監(jiān)測結(jié)果報告處理、大數(shù)據(jù)處理與分析等相關(guān)數(shù)據(jù)處理與分析模塊功能集成。

2.2.3 云計(jì)算

建設(shè)工程監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺云計(jì)算采用阿里云服務(wù)器，同時亦可采用自建服務(wù)器。

3 平臺功能介紹

3.1 安全監(jiān)測研究分析

通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，安全性評價施工期間的安全。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)類型科學(xué)選點(diǎn)、合理布置傳感器；標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)搭建，保證結(jié)構(gòu)監(jiān)測平臺及未來集群監(jiān)測平臺的兼容穩(wěn)定；通過人工采集實(shí)時上傳和自動化采集數(shù)據(jù)直接傳送至云平臺，平臺計(jì)算之后數(shù)據(jù)實(shí)時傳送至現(xiàn)場，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行初步評估，數(shù)據(jù)預(yù)警之后直接傳達(dá)至管理者實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲與后臺專家診斷系統(tǒng)結(jié)合，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)科學(xué)有用；做到系統(tǒng)多重、分級預(yù)警，并給出應(yīng)急處置預(yù)案，平臺具有系統(tǒng)自動分析預(yù)警；提供人性化的軟件終端管理界面，同時用戶通過手機(jī)、電腦等終端設(shè)備隨時查看被監(jiān)測結(jié)構(gòu)體的運(yùn)營狀況；自動生成報告，可隨時下載需要的報告；解決傳統(tǒng)檢測存在的技術(shù)管理弊端，同時節(jié)約費(fèi)用；可以實(shí)現(xiàn)人工監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時上傳和自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集相互兼容。監(jiān)測監(jiān)管云平臺如圖4、圖5所示。

圖4 監(jiān)測功能Fig.4 Monitoring Function

圖5 人工和自動化兼容作業(yè)Fig.5 Manual and Automation Compatible Operation

3.2 安全監(jiān)測過程監(jiān)管

3.2.1 對現(xiàn)場監(jiān)測工作跟蹤記錄

確保人員、設(shè)備、采集時間、采集地點(diǎn)可追蹤且可以溯源，如圖6所示。

圖6 監(jiān)測工作跟蹤Fig6 Monitoring Work Tracking

3.2.2 報警處理過程跟蹤記錄

報警信息按設(shè)定發(fā)送到相關(guān)各方；各方在回復(fù)處理意見（同時可以上傳附件）后，平臺將自動發(fā)送信息提醒相關(guān)方。如，監(jiān)督回復(fù)整改意見后，平臺自動發(fā)送短信給監(jiān)測、監(jiān)理、業(yè)主、施工、設(shè)計(jì)，提醒各方監(jiān)督已發(fā)布處理意見；各方回復(fù)意見可以是多次交互；最終由監(jiān)督員確定報警處理完畢。報警處理過程跟蹤如圖7所示。

圖7 監(jiān)測報警處理Fig.7 Monitoring Alarm Processing

平臺不僅可以實(shí)現(xiàn)問題結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程預(yù)警，還可以給出結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題后的應(yīng)急預(yù)案，通過GIS 系統(tǒng)，及時定位結(jié)構(gòu)地理信息，采取人員介入、維修加固等應(yīng)急處理辦法，減少事故發(fā)生的可能性。

3.2.3 數(shù)據(jù)上傳跟蹤記錄

現(xiàn)場初步審查數(shù)據(jù)結(jié)果無誤，進(jìn)行正常上傳；數(shù)據(jù)結(jié)果有誤或不確定時，放棄計(jì)算，存儲原始記錄和此行為過程記錄，但不參與計(jì)算，復(fù)測數(shù)據(jù)結(jié)果正常，確定上傳；對于誤報警或數(shù)據(jù)結(jié)果有誤或不確定，但已經(jīng)上傳導(dǎo)致誤報，申請數(shù)據(jù)覆蓋，監(jiān)督員決定是否同意修改（消警），如同意修改刪除異常記錄，記錄刪除操作。數(shù)據(jù)上傳跟蹤如圖8所示。

3.2.4 行為操作跟蹤記錄

所有用戶登陸平臺之后，操作行為都會被記錄下來。行為操作跟蹤如圖9所示。

3.2.5 視頻監(jiān)控調(diào)用監(jiān)測監(jiān)管云平臺預(yù)留視頻監(jiān)控系統(tǒng)開放性接口，通過遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控工程項(xiàng)目運(yùn)營、環(huán)境狀況，及時反應(yīng)宏觀情況。同時，當(dāng)平臺做出預(yù)警后，視頻系統(tǒng)可監(jiān)控應(yīng)急措施的實(shí)施情況，及時調(diào)整相應(yīng)的對策。視頻監(jiān)控調(diào)用如圖10所示。

圖8 數(shù)據(jù)上傳跟蹤Fig.8 Data Upload Tracking

圖9 行為操作跟蹤Fig.9 Behavior Operation Tracking

圖10 視頻監(jiān)控調(diào)用Fig.10 Video Monitoring Call

3.2.6 對建設(shè)工程破壞機(jī)理分析

對建設(shè)工程破壞機(jī)理的宏觀分析、結(jié)構(gòu)變形及破壞趨勢研究、不同類別結(jié)構(gòu)損毀成因等具有指導(dǎo)意義。可以通過平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行歸納演繹，對建設(shè)工程的安全監(jiān)管具有現(xiàn)實(shí)意義。

3.3 平臺整體架構(gòu)

3.3.1 登錄設(shè)置管理

本監(jiān)測業(yè)務(wù)綜合管理系統(tǒng)通過設(shè)置帳號、密碼、驗(yàn)證碼的方式登錄，并通過加密算法保證監(jiān)測業(yè)務(wù)綜合管理系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)登陸界面如圖11所示。

圖11 登陸界面Fig.11 Login Interface

3.3.2 平臺總體功能界面

平臺登陸后的主界面分為3部分，左側(cè)為菜單欄、中間為GIS 拓?fù)鋱D、右側(cè)為項(xiàng)目狀態(tài)統(tǒng)計(jì)。左側(cè)的菜單欄負(fù)責(zé)顯示平臺的各個功能模塊的菜單，選中左邊的模塊菜單，該模塊的詳細(xì)信息會在右側(cè)部分顯示出來。模塊的菜單設(shè)置包括項(xiàng)目管理、報告管理、警報管理、監(jiān)測機(jī)構(gòu)管理、平臺管理、個人中心等。中間的GIS拓?fù)鋱D可以顯示項(xiàng)目的名稱及所處具體地理位置信息，并以紅、黃、紫、綠4種顏色分別代表項(xiàng)目所處報警、預(yù)警、超控和正常狀態(tài)。右側(cè)項(xiàng)目狀態(tài)統(tǒng)計(jì)模塊主要顯示項(xiàng)目類型、數(shù)量及狀態(tài)信息統(tǒng)計(jì)。平臺總體功能及監(jiān)測項(xiàng)目功能界面如圖12、圖13所示。

圖12 平臺總體功能界面Fig.12 Overall Function Interface of the Platform

圖13 平臺監(jiān)測項(xiàng)目功能界面Fig.13 Project Monitoring Function Interface of the Platform

3.3.3 手機(jī)APP

手機(jī)APP 主要包含9 大模塊：項(xiàng)目信息、監(jiān)測成果、曲線分析、巡檢記錄、原始記錄、報警管理、變形預(yù)測、報表統(tǒng)計(jì)及企業(yè)信息，用戶可以隨時隨地對項(xiàng)目的監(jiān)測情況進(jìn)行監(jiān)管查看。手機(jī)APP 功能界面如圖14所示。

4 總結(jié)

本項(xiàng)目研發(fā)的“建設(shè)工程智能監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺”主要成果有：

⑴通過對時間、地點(diǎn)、人員、設(shè)備、環(huán)境、原始數(shù)據(jù)等多要素的全面實(shí)時存儲確保監(jiān)測數(shù)據(jù)有效溯源，實(shí)現(xiàn)了基于行業(yè)規(guī)范或管理需求的多維度有效管控；同時兼容全自動化采集數(shù)據(jù)實(shí)時上傳方式、人工采集+儀器導(dǎo)入即時上傳、人工采集+文件上傳3 種方式，兼容市場各種傳感器，更加切合市場和工程需求，通過網(wǎng)頁、手機(jī)APP、郵件、短信等多種方式呈現(xiàn)監(jiān)測成果并及時、有效預(yù)警。

圖14 手機(jī)APP功能界面展示Fig.14 Mobile App Function Interface Display

⑵研發(fā)了集采集數(shù)據(jù)、BIM 技術(shù)、數(shù)據(jù)云計(jì)算、預(yù)警管理、變形預(yù)測、數(shù)據(jù)查詢、報告自動生成及管理、信息管理、工作計(jì)劃安排、工作量統(tǒng)計(jì)、人員及設(shè)備管理、監(jiān)測單位管理、遠(yuǎn)程監(jiān)督管理、權(quán)限管理等項(xiàng)目管理一體化安全監(jiān)測系統(tǒng)，并能廣泛應(yīng)用于在建的建筑物主體監(jiān)測、基坑監(jiān)測、高支模監(jiān)測、地災(zāi)監(jiān)測、橋梁監(jiān)測、隧道監(jiān)測和和其運(yùn)營期間的健康監(jiān)測，適應(yīng)性強(qiáng)。并在廣東、南京、長沙、重慶、北京等地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，其中作為多個地方政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)加強(qiáng)深基坑監(jiān)測信息化管理的官方平臺。

“建設(shè)工程智能監(jiān)測監(jiān)管預(yù)警云平臺”相比與已有的各種監(jiān)測監(jiān)管云平臺系統(tǒng)，以大數(shù)據(jù)、智能化、移動通訊、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，以兼容各種監(jiān)測儀器為最終目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理自動化，監(jiān)測數(shù)據(jù)檢校智能化，監(jiān)測信息實(shí)時準(zhǔn)確發(fā)布，辦公管理一體化等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了具有基于多傳感器融合的建設(shè)工地工人行為狀態(tài)的智能監(jiān)管方法、基于BIM 技術(shù)的危大工程項(xiàng)目施工結(jié)構(gòu)安全管控方法、面向建設(shè)項(xiàng)目智能監(jiān)管的多源異構(gòu)監(jiān)測設(shè)施管理云平臺的研究與設(shè)計(jì)、基于云計(jì)算與大數(shù)據(jù)分析的建設(shè)項(xiàng)目智能監(jiān)管等特點(diǎn)，和關(guān)鍵技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)意義的工程智能監(jiān)測監(jiān)管云平臺系統(tǒng)。