浅谈建筑物变形监测数据处理

严永光

摘要：建筑业在我国经济快速发展的推动之下呈现出蓬勃发展之势，尤其是城市化进程的加快，城市建筑数量也在不断增加。建筑物变形是一种普遍现象，为了保障建筑质量的可靠性和安全性，就有必要对其变形检测进行数据分析，为掌握建筑物变形的具体情况提供根据。由于建筑物变形监测的数据处理在建筑施工和正常使用中具有重要作用，本文就围绕这一问题及相关策略展开讨论。中国论文网

关键词：建筑物；变形监测；数据处理

变形是一种非常普遍的自然现象，但是在建筑工程领域内，变形必须被控制在一定的范围之内，否则就会增加很多建筑安全隐患，产生非常严重的后果，危害人民群众的个人财产和生命安全。为此，建筑变形监测数据处理需要引起相关部门的重视。为了准确分析建筑变形情况，本文首先对建筑变形监测的内涵和内类型进行了论述，然后重点论述了变形监测数据处理的方法，具体如下。

一、建筑变形监测概述

（一）建筑变形监测的内涵

所谓建筑变形监测，就是指结合多种方法对建筑物的变形程度进行检测，然后对检测的数据进行深入的处理和分析，准确评估建筑物的变形程度，判断其安全性的过程[1]。建筑物在施工和使用的过程中，在多外力作用下很可能发生变形，如果变形在正常范围内，那么对建筑物的安全使用不会造成较大影响；但是如果变形程度较大，超过了控制范围，就会对建筑物的安全性和可靠性造成严重影响。

同时，需要注意的是，虽然建筑物在设计时会设定一个安全系数，但是在实际的施工和使用中，载体的作用力会出现变化，当其载体的作用力增加时，就会对安全系数造成破坏[2]。所以我们需要对建筑物的变形进行监测，及时发现导致变形的原因，并采取相关的应对措施来解决，尽量将建筑物的变形控制在正常范围内，降低变形产生的危害。

（二）建筑物变形监测的类型

本文根据变形监测的范围将其分为局部性、区域性和全球性监测三种类型，我们这里讨论的建筑物变形监测主要指局部性监测。在对建筑物进行变形监测时，需要结合变形监测的特点，认真落实每一个细节。由于建筑物的变形程度会不断发生变化，所以对其的监测也需要长期进行，具有周期性和重复性特点。另外，随着现代科学技术的不断发展，我们还可以运用多种先进的监测技术，提高建筑物变形监测数据的精确度。

二、建筑物变形监测数据处理的主要方法

（一）建筑物变形监测数据处理的要求

首先，要求数据具有较高的精确度。这是准确分析建筑物变形程度的前提。在保证处理数据精确度的基础上结合实际情况考虑其合理性。如果精确度较低，就会影响分析结果，不利于准确把握建筑物的变形情况，但是如果精确度太高，就会增加测量的难度，使工作复杂化，造成时间和人力资源的浪费。所以在设计监测精度时，一定要合理。

其次，能满足重复监测的需求。在对建筑物变形监测数据进行处理时，往往需要结合两个相邻周期的数据变化，以便判断变形发生的时间特点和变化规律。

（二）建筑物变形监测数据处理的方法

变形监测的数据有一些是在监测过程中测量产生的，还有一些是由外部因素导致的，例如，建筑物所在地区的气候环境等都会对建筑物的变形产生影响，所以对数据的处理可以分为两类，即内部和外部监测数据。这两种类型数据的处理方法具有一定的差异性，具体如下：

首先需要进行外部监测数据处理，这样可以消除其他诸多因素之后专门的处理内部监测数据。第一步，记录水平和垂直方向上的基线变化情况，并制成基线数据处理表，将不同的观测时间内的水平方向与垂直方向的原基线与基线的增量都记录在一起，这样在对数据进行处理的时候有助于不同时间点的相互对照。第二步，根据相邻时间段的基线数据情况绘制曲线图，有助于直观观察测量过程中基线增量的变化情况。

除了上述比较传统的数据处理方法之外，科学技术的发展催生出了很多新的变形数据处理方法，例如最大间隙法和平均间隙法。采用这种数据处理方法需要构建高斯―马尔可夫模型。这种数据处理方法的优势就是可以直接判断建筑物是否发生变形。但是通常情况下，建筑物变形是无法避免，只是变形程度上的不同，因此，这种检测方法在实际中的应用没有意义。另外，卡尔曼滤波法也是一种新的数据处理方法，这种方法属于最优估计的一种，最大的优势就是对状态进行估计，能够根据观测数据对随机量进行定量推断进而估计问题，对建筑物变形数据的处理可以起到一定的作用[3]。另外，回归分析法也是一种常用的变形监测数据处理方法，主要是通过建立估计变形和影响因素之间的函数关系来实现的。

三、建筑物的裂缝和位移观测

1、构件的挠度观测。

建筑物的结构构件在施工和使用阶段随着荷载的增加会产生挠曲变形，挠曲变形的大小对建筑物结构构件受力状态的影响很大。因此，结构构件的挠度不应超过某一限值，否则将危及建筑物的安全。挠度观测可通过测量观测点的沉降量来进行计算。

2、建筑物的裂缝观测。

建筑物的基础发生不均匀沉降或由于施工不当等原因，会使建筑物的主体结构出现裂缝，为了了解裂缝出现的原因和掌握其发展情况，以便及时采取有效的处理方法，除了要增加沉降观测外，还要进行裂缝观测。

当建筑物发生多处裂缝处，应首先对裂缝进行编号，然后分别观测裂缝的位置、走向、长度、宽度等情况，对重要的裂缝，选择在有代表性的地方埋设标记。

四、变形观测成果的整理与分析

现场观测的第一手资料外，还必须对观测资料进行整理与分析，并编制变形分析报告。

一方面是观测资料的整理，绘制各种数据表格和变形曲线，编制说明，使其成为便于使用的成果，具体内容有：

1.校核各项原始记录，检查每次变形观测值计算是否有误；

2.对各种变形值按时间逐点编写观测数值表；

3.计算绝对沉降值、平均沉降值、平均沉降速度、倾斜度、垂直位移、水平位移等。

4.绘制观测点变形过程曲线和建筑物变形分布图。

另一方面，利用变形分布图，结合观测过程中的各种因素对观测成果进行分析。总结出建筑物变形过程、变形规律、变形幅度、变形原因，并找出变形值与引起变形的内在原因和规律。

对变形观测成果的整理与分析，可借助计算机技术采用武汉测绘科技大学开发的工程建筑变形观测软件来实现。

五、变形测量中的问题与处理措施

（1）曲线在中间某点突然回升。发生这种现象的原因，多半是因为水准点或观测点被碰动所致，而且只有当水准点碰动后低于被碰动前的标高及观测点被碰动后高于被碰动前的标高时，才会出现回升现象的可能。

由于水准点或观测点被碰动，其外形必有损伤，比较容易发现。如水准点被碰动时，可改用其他水准点来继续观测。如观测点被碰动后已松动，则必须另行埋设新点。若碰动后点位尚牢固，则可继续使用，但因为标高改变，对这个问题必须进行合理的处理，其办法是：选择结构、荷重及地质等条件都相同的临近另一沉降观测点，取该点在同一期间内的沉降量，作为被碰动观测点的沉降量。此法虽不能真正反映观测点的沉降量，但如果选择适当，可得到比较接近实际情况的结果。

（2）曲线自某点起渐渐回升。产生此种现象一般是由于水准点下沉所致，如采用设置于建筑物上的水准点，由于建筑物尚未稳定而下沉；或者新埋设的水准点，由于埋设地点不当，时间不长，以致发生下沉现象。水准点是逐渐下沉的，而沉降较小，但建筑物初期沉降量较大，即当建筑物沉降量大于水准点沉降量时，曲线不发生回升，到了后期，建筑物下沉逐渐稳定，如水准点继续下沉，则曲线就会发生逐渐回升现象。

因此在选择或理设水准点时，特别在建筑物上设置水准点时，应保证其点位的稳定性，如已查明确系水准点下沉的原因，则应测出水准点的下沉量，以便修正观测点的标高。

（3）曲线的波浪起伏现象。曲线在后期呈现波浪起伏现象，此种现象在沉降观测中最常遇到。其原因往往不是建筑物下沉所致，而常常是测量误差所造成的。曲线在前期波浪起伏所以不突出，是因建筑物下沉量大于测量误差之故，但到后期，由于建筑物下沉极微或己接近稳定，因此在曲线上就出现测量误差比较突出的现象。处理这种现象时，应根据整个情况进行分析，决定自某点起，将波浪形曲线改成水平线。

（4）曲线中断现象。产生这种现象的原因是有的观测点在现场不具备观测条件，而产生漏测情况，致使某一期此观测点没有沉降值，而使沉降曲线中断。

为了将曲线连接起来使其连续，可按照处理曲线在中间某点突然回升现象的办法，估求出未作观测期间的沉降量。

结束语

综上所述，建筑物的变形具有不可控性，无法避免，会对居民的个人财产和生命安全带来严重危害。但是我们可以通过对变形进行监测和数据分析来及时掌握建筑物的变形情况，并采取针对性的应对措施来降低建筑物变形产生的危害。在对变形监测的数据进行检测时，一定要合理运用科学手段，并具有足够的耐心。因为建筑物变形监测是一个长期的过程，只有保持耐心和恒心才能保证监测数据的准确性，为后期的数据分析提供可靠依据。

参考文献：

[1]尹晖.变形监测数据处理武汉：武汉大学出版社2016.23

[2]高淑照.灰色系统理论及在混凝土桥梁施工挠度变形监测中的应用2017.2

[3]张鹏飞.高层建筑物GPS动态变形监测数据处理测绘科学2018.23

[4]《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）；2016.23

[5]《工程测量规范》（GB50026-2007）；2017.28