2024优秀案例丨武汉市地下工程和深基坑监测预警系统

深基坑工程是国家明文规定的具有较大危险性的工程之一，基坑事故不仅危及基坑本身，临近的建筑物、构筑物、道路桥梁和各种地下设施也会殃及，造成的经济损失和社会影响十分严重。通过对近期基坑安全事故的工程实例的总结，传统的人工监测方法已愈加暴露出它数据滞后性、失实性和可利用价值低的特点，已逐渐不能适应现代社会对该类工程安全的需求。因此，开发一个安全可靠的、稳定的，功能全面的，操作人性化的地下工程和深基坑安全监测预警系统具有重大的实际工程意义。

目前我国正处于城镇化加速发展时期，在高速发展的现代化城市建设中，建设管理日益复杂，地下空间开发利用的广度和深度要求越来越高，地下工程和深基坑四周往往紧贴各种重要的建（构）筑物，如轨道交通设施、地下管线（煤气、水、电、通讯管道等）、隧道、防汛墙、天然地基民宅、古建筑、大型建筑物等，施工安全问题日益突出，一旦引发工程安全事故，将给企业带来巨大的财务损失和经营风险，更给人民群众的财产和生命安全带来严重的威胁，影响社会和谐与稳定。因而借助于信息化手段加强对地下工程和深基坑工程安全监测工作的监管，督促建设、施工、设计和监理等责任主体加强对地下工程和深基坑的安全管控已是迫在眉睫。

本案例借助物联网、区块链、数据仓库和数字建模等信息技术，建设一个覆盖全市地下工程和深基坑工程的安全监测预警系统。该预警系统将对武汉市的地下暗挖、地下明挖等地下工程和深基坑工程以及周边建筑物、管线隐患等进行实时监控并将监测结果进行预警和报警，及时以短信的形式将报警结果发给相关建设方及安全监督机构和建设行政主管部门，并追踪有关监测报警处理情况，使监测结果反馈更具时效性，以便及时采取相应措施，达到防灾减灾的目的。

本案例通过对自动采集上传的原始数据的实时处理，运用数学模型和回归分析、差异分析等数理方法对采集的各类监测数据进行清洗、整理、分析和判定，对超标结果进行预警或报警，并进行追踪处理，从而督促各责任主体及时采取相应措施消除施工安全隐患。

主要内容在以下几方面：

1、监测数据自动采集，无线传输：通过对地下工程和深基坑支护结构及周边环境监测，并对现有监测设备进行改造，摒弃各种数据传输软件，实现监测过程中的数据自动采集，充分利用5G和GRPS无线传输技术，实现不同项目的原始监测数据实时上传，提高监测和监管效率，减少人为因素对监测数据的干扰，确保数据的真实性。

2、原始监测数 据实时处理：原始监测数据实时上传至系统平台后，对水平位移、竖向位移、水位、应力、深部位移等潜在警情进行实时计算和分析处理，形成各类变化曲线和图形、图表，使监测成果形象化。

3、形式多样的实时报警功能：系统对超出规范值的数据进行警示，状态分为预警、报警和超控制三种报警形态。正常为绿灯、超过预警值为橙灯、超过报警值为黄灯、超过控制值为红灯。对于达到橙灯、黄灯、红灯后，系统自动以短信形式将超范围数据发送到设置好的各责任主体单位、安全监督机构等相关人员手机上；如果有工程出现险情，报警短信就直接发到主管领导的手机上，避免因为层层上报而耽误时间。

4、问题工程追踪处理，落实工作责任制：对于存在潜在问题和报警的工程，落实工作责任制，自动记录所采取的各项措施，并进行实时追踪，判断是否可以继续施工，直到警情解除和问题处理完毕。

5、事前预防，主动监控，效率提升：监测单位、行政主管部门在对地下工程和深基坑工程监测和巡检的同时，可以对自然条件、支护结构、施工工况、周边环境及监测设施的巡视结果和工地形象进度进行拍摄上传，并对各种监测数据进行基坑变形的影响分析，及时采取措施。

1、智能化监测

（1）通过传感器、监测设备定时自动采集现场周边管线水平位移、水位等相关监测数据，有效降低人工监测成本和失误，使数据采集过程自动化、智能化。

（2）系统自动对深基坑监测原始数据进行计算。通过智能合约和SDK事先设置的规则，自动对传感器传输过来的数据进行处理，避免人为介入操作。数据处理过程智能化，保证了规则一致性和处理结果的真实性。

（3）智能判断监测数据是否满足预警条件，发现异常时通过短信等方式自动通知相关负责人。以这种覆盖广、即时性强，能够在短时间内快速传达重要信息的手段，帮助接收者及时应对潜在风险。

2、视频监控

打通工地现场视频和云上系统管理的业务， 形成统一的数据平台和管理界面，实现资源的有效整合和信息共享， 方便管理者直观了解施工现场实况并做出决策，极大地提高了基坑工程的信息化、智能化水平。

3、可视三维板块地图

以武汉市基坑工程为基础，以三维板块地图、数据分析图表等形式，建立数据驾驶

舱做到“一屏感知、一屏管控”，为政府决策和差异化监管提供数字支撑。

4、结合区块链技术，保障数据的真实性、有效性

（1）深基坑监测数据无法篡改

深基坑监测数据、深基坑异常及处理数据、处理确认数据通过联盟链智能合约自动处理，经哈希值运算后在链上存证。由于区块链是去中心化分布式存储，上链的监测数据将同步到各联盟节点存证，即多方拥有相同账本，不由单一机构保存和维护。因此，通过修改单一节点的数据并不能影响整个区块链平台上的数据。并且基于区块链机制，每个节点连入区块链网络时会自动验证本地账本与其他节点账本的一致性，一旦发现异常或缺失，将自动同步覆盖，从而保证数据无法篡改和伪造，增强了数据的可信度。

（2）深基坑监测信息完整可追溯

深基坑监测关键信息均上链存证，由区块链平台提供的可信数据，为监测数据的异常原因排查与归责提供依据。区块链数据不可删除，所有上链数据将被永久保存，保证数据的完整性。当需要查询历史数据或查验某个数据整个生命变化轨迹，只需通过ID即可从链上查询出所有关联数据，并基于可信时间戳提供有效数据存储时间。

（3）去中心化安全稳定

依托区块链高度去中心化的存证服务，搭建开放的合作生态技术平台，保证了自动化监测系统所采集的数据的真实性和完整性，传感器的自身出错和真实异常变化均同时被记录，通过大数据分析其合理性，在处理过程中要加以甄别，通过这些甄别方法来提高监测数据的可靠性，防止误报警的出现。

（4）分布式存储

区块链技术采用分布式存储，每个节点都有一份完整的数据备份，单个节点出现问题也不会对整个系统和数据记录产生严重影响；所以只要有节点在运行，区块链网络就能保证全天24小时运行，单一节点因故停机并不会影响系统正常运行。监测及相关数据进行分布式存储并完成容灾备份，在数据被破坏或删除时，可以自动恢复，保障数据安全。

本项目以工程为主线，通过物联网技术将各类常用的监测设备与监管平台连通，实现监测数据的自动采集、实时传输，形成全市在建地下工程和深基坑工程安全生产数据仓库，并依据多种数学模型自动进行数据整理、分析和判定，对超标结果进行预警或报警，并及时以短信的形式将预警或报警信息发给相关责任方和行政主管部门，使监测结果反馈更具时效性，以便工程责任主体及时采取相应措施消除施工安全隐患，达到防灾减灾的目的。