[发明专利]一种炼钢车间内基坑与构筑物一体化智能监测系统及方法

权利要求书

1.一种炼钢车间内基坑与构筑物一体化智能监测系统，其特征在于：包括数据采集模块、BIM模块、数据传输模块、数据处理模块和预警模块，其中数据采集模块用于对基坑坡顶水平位移、基坑坡顶垂直位移、地下水位、支护结构应力和周围建筑物的高程进行实时监测和采集；BIM模块用于根据采集的现场数据对基坑监测点和周边建筑物进行建模；数据传输模块用于将采集到的现场数据传输给数据处理模块进行处理，形成监测报表，并将各项监测数值传输至BIM模块以实时更新BIM模型；预警模块用于根据数据处理模块的处理数据结果和BIM模块的建模图像向施工作业人员发出预警信号；BIM模块根据基坑坡顶水平位移、基坑坡顶垂直位移、地下水位和支护结构应力的形变量对基坑坡顶塌陷区域和基坑内倾覆区域范围进行模拟，基坑内倾覆范围计算公式为：

式中：R₁为基坑内倾覆范围半径，△A_n为第n期基坑坡顶水平位移本次变化量，△B_n为第n期基坑坡顶垂直位移本次变化量，C_i为第i期支护结构的测量值，D_i为第i期地下水位测量值，K为改正系数，取值范围为0.4-1.2，σ为土体参数，取值范围为3.36-5.25，H为基坑深度，L为基坑内部倾覆范围对应测点的相邻两测点之间的距离；

基坑坡顶的塌陷范围计算公式为：

式中：R₂为基坑坡顶的塌陷范围半径，M为塌陷区补偿系数，取值范围为0.7-1.3；

所述的数据采集模块包括全站仪、液压水位计、轴力计和压差式静力水准仪，其中全站仪通过观察各监测点处的L型棱镜对基坑坡顶水平位移和基坑坡顶垂直位移进行监测，基坑坡顶水平位移和基坑坡顶垂直位移监测点共点使用，在监测点安装L形棱镜，液压水位计埋入水位管并没入水面固定，轴力计用于对支护结构的锚杆应力进行监测，压差式静力水准仪安装于炼钢车间的龙骨、钢支架以及主要立柱上，用于对其高程进行监测，距离压差式静力水准仪30cm范围内安装L型棱镜。

2.根据权利要求1所述的一种炼钢车间内基坑与构筑物一体化智能监测系统，其特征在于：所述基坑坡顶水平位移和基坑坡顶垂直位移的监测周期为半小时，地下水位、支护结构应力和周围建筑物的监测周期为30秒；所述全站仪安装于车间内视线通视区域，且在距离全站仪70米以上，架设三个后视点。

3.一种炼钢车间内基坑与构筑物一体化智能监测方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的智能监测系统，其监测过程包括以下步骤：

步骤一、数据采集

对基坑坡顶水平位移、基坑坡顶垂直位移、车间主要立柱和主梁的初始平面坐标数据和初始高程、地下水位以及基坑支护的锚杆轴力值分别进行测量采集；

步骤二、数据传输与建模

将采集的数据参数以及现场车间位置参数导入BIM模块，通过软件生成基坑模型；

步骤三、实时监测

每半小时测量采集一次基坑坡顶水平位移和基坑坡顶垂直位移，每30秒测量采集一次地下水位、基坑支护的锚杆轴力值以及车间主要立柱和龙骨的高程值，测量的数据通过数据传输模块传送至数据处理模块进行处理；

步骤四、BIM模型更新

根据后期采集的数据对模型进行及时更新，同时，BIM模块根据基坑坡顶水平位移、基坑坡顶垂直位移、地下水位及支护结构的形变量模拟基坑坡顶塌陷区域和基坑内倾覆区域范围；

步骤五、施工预警

数据处理模块将每期监测数据传至预警模块，BIM模块将基坑最新模型以及基坑坡顶塌陷区域和基坑内倾覆区域模拟范围传至预警模块，预警模块对监测数据以及BIM模块的模拟、计算结果进行实时现场显示，并根据情况发出预警信号。

4.根据权利要求3所述的一种炼钢车间内基坑与构筑物一体化智能监测方法，其特征在于：步骤三中当测量数据累积变化量和当次变化值未超过规范值时，记录本期测量值并进行存储；当数据超出规范值时，则对测量数据进行复查测量。