基于现代信息技术的深基坑支护体系的应用研究与监测

一、研究目的与意义

城市内基础设施建设特别是相应于旧城改造和扩建等工程的兴建使地下空间利用的需求量增大，而在城市施工中，与工程相邻的地面建筑和各种地下管线、大深度、大跨度和大空间体积的地下建筑物（构筑物）越来越多，使岩土工程建设尤其是基坑支护的难度和要求越来越高，为适应工程建设的需要，引入“信息化施工”和“动态设计”的方法，即基础支护体系利用信息化施工获取岩土工程和支撑结构信息反馈来指导调整施工的工作，在施工过程中，及时的信息采集、分析、处理，既可以真实的反映深基坑实际的运行状况，逐步调整施工工艺和设计参数，保证了工程的安全，并降低工程造价，从好获得良好的社会效益和经济效益。

二、研究目标与内容

基坑支护施工是一项复杂的工程，需要考虑多种因素，包括基坑几何尺寸、土质情况、地下水位、支护结构的类型和参数、施工工艺等。

传统的基坑支护施工方法依赖于施工人员的经验和判断，容易出现决策失误和施工质量问题，甚至出现工程事故。

将信息技术和智能化技术应用于基坑支护施工的全过程，可以实现施工过程的数字化、智能化和可视化，从而提高施工效率和质量，保证施工的安全性，减少施工时间、降低施工成本，

具体可以从以下几个方面进行研究：

（一）传感器技术在基坑支护中的应用

1、传感器技术用于监测基坑支护结构的实时状态，包括应变、位移、倾角等参数，实现对基坑支护结构的实时监测和预警。

2、传感器技术用于监测基坑周边环境，包括地下水位、地表沉降、建筑物（构筑物）倾斜等参数，实现对基坑周边环境的实时监测和预警。

3、传感器技用于监测基坑施工过程中的安全参数，包括开挖深度、支护深度、支护压力等参数，实现对基坑施工过程中的安全实时实时监测和预警。

（二）信息化技术在基坑支护中的应用

1、信息化技术用于建立基坑支护施工的信息化管理平台，实现对基坑支护施工过程的实时监控、管理。

2、信息化技术用于建立基坑支护施工信息数据库，实现对基坑支护施工过程中的各种数据进行存储、管理和分析。

3、信息化技术用于建立基坑支护施工的信息化决策支持系统，实现对基坑施工过程中的各种决策进行辅助决策。

4、三维可视化技术：利用BIM技术创建构件支护施工的三维模型；采用三维可视化技术，将基坑支护结构的三维模型与实施监测数据相结合，实现基坑支护状态的直观展示，方便施工人员对施工现场进行管理和控制；同时利用三维模型，对基坑施工过程进行模拟和分析，验证施工方案的可行性和合理性。

5、专家系统与决策支持：构建基于专家知识和经验的专家系统，为基坑支护施工决策提供支持，提高决策的准确性和效率。

（三）人工智能技术在基坑支护中的应用

1、人工智能技术用于对基坑支护施工过程中的各种数据进行分析和处理，实现对基坑支护施工过程中的各种风险进行识别和评估。

2、人工智能技术用于对基坑支护施工过程中的各种参数进行优化，实现对基坑支护施工过程的优化设计。

3、人工智能技术用于对基坑支护施工过程中的各种设备进行控制，实现对基坑支护施工过程的智能控制。

（四）大数据技术在基坑支护中的应用

1、大数据技术用于对基坑支护施工过程中的各种数据进行存储、管理和分析，实现对基坑支护施工过程的全面了解。

2、大数据技术用于对基坑支护施工过程中的各种风险进行识别和评估，实现对基坑支护施工过程的风险管理。

3、大数据技术用于对基坑支护施工过程中的各种参数进行优化，实现对基坑支护施工过程的优化设计。

（五）云计算技术在基坑支护中的应用

1、云计算技术用于提供基坑支护施工过程的各种信息化服务，包括信息化管理平台、信息化数据库和信息化决策支持系统等。

2、云计算技术用于提供基坑支护施工过程的各种智能化服务，包括智能监测、智能预警、智能控制等。

3、云计算技术用于提供基坑支护施工过程的各种大数据服务，包括数据存储、数据管理和数据分析等。

（六）智能控制与自动化

1、智能控制系统：采用模糊控制、神经网络控制等智能控制技术，实现基坑支护结构的自动控制和优化。

2、自动化施工技术：利用机器人、自动化控制系统等技术，实现基坑支护施工的自动化，提高施工效率和安全性。

3、智能化施工技术可以提高基坑支护施工的效率，减少施工时间和成本；提高基坑支护施工的安全性。减少施工人员的伤亡事故发生。

三、特色与创新点

在当下高楼林立、工程规模日益扩大，因此深基坑支护技术被广泛应用于多层综合体、超高层建筑以及大跨度桥梁等工程。但是基坑支护施工是一项危险性较高的工程，需要对施工现场进行实时监控，以确保施工安全。可是传统的人工监控方法存在效率低、成本高、安全性下差等问题。

本项目顺应现代信息技术发展，把信息技术与土木工程施工结合起来，有着很大的特色和创新，具体如下：

1、信息化与智能化深度融合：将信息化与智能化技术深度融合，实现基坑支护施工过程中的信息共享、决策共享、智能决策、自动控制等功能。

2、多学科交叉融合：融合土木工程、计算机科学、信息技术等多学科知识，实现基坑支护施工信息化与智能化技术的协同发展。

3、创新应用与推广：积极探索基坑支护施工信息化与智能化技术的创新应用，推动技术的推广和普及，提高基坑支护施工的整体水平。

4、智能化技术推动基坑支护施工理念从传统的人工经验施工向智能化、自动化施工的转变。

5、智能化技术推动基坑支护施工理念从传统的粗放型施工向精细化、智能化施工的转变。

6、智能化技术推动基坑支护施工理念从传统的单一施工向综合施工转变。

四、学生获得的训练

通过本项目的研究使学生对深基坑的理论知识与施工有了更加深入的了解，同时也使学生掌握信息化和智能化技术，并能熟练的把信息化和智能化的前沿性的技术应用到土木工程中，为今后从事本专业工作奠定深厚的理论和实践基础。

五、预期成果

学生进行本项目研究，加深了本学科的理解；同时通过本项目的研究，可以根据本项目的研究成果，发表相关的论文；参加相关的学科竞赛，如结构大赛、力学竞赛、BIM技术大赛等，另外可以把研究成果应用到今后的工作中。