建筑物变形观测数据处理及安全预警系统的设计和应用

荣艳兵

摘要：建筑物的变形观测是为了对建筑物本身以及周围环境在施工过程以及投入使用过程中所发生的变形进行监测，它是一项兼具复杂性与长期性的观测过程。本文主要对建筑物变形观测数据处理及安全预警系统的数据库设计概述、总体设计及其在具体工程中的应用情况等内容进行论述。

关键词：建筑物变形观测；数据处理；安全预警系统

建筑物变形观测是指为检测出建筑物在荷载及其他因素的影响下所产生的位置、结构及形状的变化情况，而利用相应的观测设备对其进行较长时间测量工作的过程。建筑物变形观测工作一般应用于水利科技（一级学科）、水利勘测及工程地质（二级学科）、水利工程测量（三级学科）等。建筑物变形观测工作的关键在于在变形体的重要位置设置观测点，对变形体进行长时间周期性观测，对获取的资料进行分析处理，保证建筑物建成运行的安全性。

传统的变形观测主要依靠的是人力，这种方式效率较低，观测准确度不高，且在资料查询及处理方面的速度非常慢。因此设计出一套囊括数据获取、提炼、处理、管理在内的建筑物变形观测数据处理及安全预警系统是非常必要的。本文以A市某建筑为例，研发出一套与之相匹配的建筑物变形观测数据处理及安全预警系统。

一、建筑物变形观测数据处理及安全预警系统的数据库设计概述

本系统以系统工程为指导思想，以软件工程技术为核心，以变形预测理论为基础，对该建筑物经过变形观测后所得出的数据进行处理及分析，最终形成了能够有效保证该建筑物平稳、安全运行的系统。

（一）系统数据的来源

系统数据的来源主要包括：（1）变形监测方案中的施工监测数据图；（2）一些相关的属性信息，例如工程地点、施工单位、监测仪器等以及沉降监测分析报告，以及对变形点进行监测所得出的数据；（3）施工现场搜集到的一些图表信息，包括被测建筑轮廓图、测量仪器的图片、沉降差过程线等。这些数据的搜集过程及结果具有监测点较多、数据数量较大、监测数据类型多样、难度大及监测周期长等特点。

（二）数据库的设计原则

数据库设计中主要遵循以下原则：（1）完整性。要保持监测数据与真实数据之间的一致性及正确性。这是对变形监测工作最基本的要求。（2）冗余性。冗余性即为对数据进行重复存储，目的在于加快获取数据的速度。（3）共享性。即为不同用户可以对同一数据库中的数据进行共享，这与数据库建立的目的不谋而合。（4）独立性。独立性包括应用程序的数据调用接口与存储在磁盘数据库中的数据在路径上没有直接联系的物理意义上的独立性，以及应用程序与系统数据库在逻辑结构方面没有直接关系的逻辑意义上的独立性。（5）安全性。即指为防止非法操作导致的信息破坏、修改及泄露而进行的数据库安全的防护工作。

（三）数据库管理系统的选择

通常对数据库管理系统的要求主要体现在数据库的规模、性能及安全性等方面。目前PC机上运行比较稳定的数据库管理系统较多，但应用较为广泛的有MicrosoftAccess及MicrosoftSQLServer等。由于MicrosoftAccess在集成性方面具备优势，因此数据查询及处理的优势较大。且由于本文中的建筑是小型工程项目，该系统的主要使用人员是工程技术人员，因此最终将MicrosoftAccess作为系统的地层数据库。

（四）数据库管理模块设计

在功能方面，主要实现数据库建立、数据查询、删除、修改及更新以及文件的备份与恢复；在数据库的建立方面，本系统采用的是VisualC++平台，并以DAO技术作为辅助；在数据库的更新操作方面，主要通过对CdaoRecordset对象进行操作来实现；在数据库的查询方面，主要通过两种方式，一是创建CadoQueryDef对象，二是通过SQL查询语句对已经创建的CdaoRecordset对象进行查询。

二、建筑物变形观测数据处理及安全预警系统的总体设计

（一）数据处理流程

要想设计出符合施工要求的变形观测数据处理及安全预警系统，首先必须对数据处理流程加以分析。主要流程如下：

1、前期阶段。主要包括变形监测方案及变形监测网的设计及优化。这是整个变形监测工作的基础和前提，对监测工作的质量有着最直接的影响。

2、中期阶段。主要是对相关数据的采集及分析处理。数据采集主要是对变形体上观测点上的数据以及变形区域影响范围之外的基准点上的数据进行收集。数据处理主要是去除存在粗差的数据，然后使用科学方法对其进行分析，从而得出最终关于变形方面的数据。

3、后期阶段。主要通过绘制沉降曲线及利用灰色模型、曲线拟合函数等对各个点上的沉降量进行分析。

（二）系统的逻辑结构设计

通过对建筑物变形观测数据处理及安全预警系统的工作流程进行分析，本系统所设计出的逻辑结构为：首先，用户登录。当系统检测到用户不合法时，将会自动退出系统，将用户合法时，进入下一步；其次，用户合法时，系统对资料库等进行调度，然后进行数据处理。再次，数据处理之后，会出现两种结构，一种是对数据及西宁曲线图、表格、报告等形式的成果展示，另一种是进行变形分析，然后对模型进行分析；最后，进行预警报警。

（三）系统的功能结构设计

该系统的功能结构主要包括以下五个方面：一是数据管理模块，主要包括建立数据库、数据的导入、查询、删除及修改；二是对监测数据的预处理，主要包括数据筛选以及奇异值检验及插补；三是基准点稳定，包括平均间隙法和不稳定点搜索法；四是变形分析及预测，主要包括回归分析法和灰色系统模型；五是成果输出，包括曲线图和报告、图表等形式。

三、建筑物变形观测数据处理及安全预警系统在工程中的应用

本建筑位于A市西南部，距离主城区12公里。项目的占地面积6000亩，建成之后的总建筑面积约为500万m2，能够容纳超过4万户居民，是该市西部最大的商品房项目。本次监测工作主要针对的是本建筑中的8号楼、15号楼和27号楼。8号楼为15层，地下两层，总高40.86m，地下高8.1m；15号楼和27号楼均高25层，地下一层，总高71.22m，地下高3.9m。其中15和27号楼之间存在地下停车场。停车场基坑长260m，宽130m。三栋楼在结构形式上都是框架剪力墙结构，基础形式为桩承台、筏板，抗震等级三级。由于基坑是软土基坑，面积较大，而且与15号楼和27号楼的距离较近，因此开挖之后对15、27两栋楼的施工会造成影响。因此对这三栋楼的变形情况进行监测。

监测点主要设在外墙每10～15米处以及建筑物的四角、较大转角处；沉降观测标志点避开雨水管、电器开关等有妨碍性的物质，埋设于±0.0以上大约0.3m的位置，部分位置在大约在0.7m。根据二等水平测量的要求进行监测，并遵守以下技术要求：（1）闭合环线的闭合差小于或等于1.0mm，其中n为测站数；（2）视线长度不得大于50m；（3）前后视距差不得大于1m；（4）前后视距差累计不得大于3m；（5）采用DiNi12电子水准仪及前后的观测顺序。进行初次观察后再根据施工的具体情况对每一层分别进行监测，依据《建筑变形测量标准》对建筑的沉降情况进行判断。监测结果显示，本工程的沉降情况不稳定，且上升及下沉的起伏较大。

结束语：

本系统通过结合VisualC++及Access等软件的功能，实现了变形观测、数据库管理、分析预报等功能。但本系统仍然存在一些不足之处，因此还需要进一步修整。

参考文献：

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[2]叶斌，鲍峰.考虑建筑物荷载的变形监测数据处理方法[J].四川测绘，2006，29(2).

[3]郭毅霖，田蕊，何玉珊等.桥梁结构工程健康监测安全预警系统[J].建筑技术，2012，(2).