深基坑工程信息化施工技术发展

深基坑工程信息化施工技术发展摘要：论文采用“中国知网”1995—2016年的面板数据，运用知识图谱法（CiteSpace）对深基坑工程信息化施工技术的研究文献进行实证分析，研究结果表明：1）对于我国深基坑工程信息化施工技术应用起步较晚，水平还相对比较落后，然而随着有关管理部门对于工程信息化技术的认可和重视程度越来越高，使其在深基坑施工中的应用和推广得到了迅速的发展；2）针对深基坑工程，萌发了信息化设计和动态设计的新思想；3）工程信息化在深基坑的应用中将更加广泛和安全可靠。关键词：知识图谱法；深基坑；工程信息化基坑工程是建筑工程技术的一个重要组成部分，基坑工程的成败事关工程全局。一方面是基坑的开挖深度越来越深，技术难度越来越大；另一方面是基坑工程的事故不断发生，特别是一些深基坑工程的重大事故。实践表明，基坑工程这个历来被认为是实践性很强的岩土工程问题，发展至今，已迫切需要新的理论来指导、充实和完善。由于岩土工程本身的复杂性、基坑的稳定性、支护结构的内力和变形以及周围地表的位移对周围建筑物和地下管线等的影响及保护的计算分析，目前尚不能准确地得出定量的结果。在工程计算中，土体的力学性质很难得到全面反应，比如软黏土具有松弛、流动和长期强度等流变特性。所以有关地基的稳定及变形的理论，在解决实际工程问题时仍然有很大的局限性，故在工程实践中应大力发展信息化施工技术，采用理论导向、测量定量和经验判断三者结合的方法，对基坑施工及周围环境保护问题做出较合理的技术决策和现场的应变决定[1]。所谓信息化施工就是指充分利用前段基坑开挖监测到的岩土及结构体变位、行为等大量信息，通过与勘察、设计的比较与分析，在判断前段设计与施工合理性基础上，反馈分析与修正岩土力学参数，预测后续工程可能出现新行为与新动态，进行施工组织设计与施工组织再优化，以指导后续开挖方案、方法、施工，排除险情。本研究以“中国知网”1995—2016年的面板数据为样本数据来源，通过运用可将知识域可视化的知识图谱法（CiteSpace），挖掘、分析、构建、绘制和揭示深基坑工程信息化施工技术发展的趋势，希望对以后的深基坑工程施工能够有更好的借鉴意义。1数据来源与研究方法1.1数据来源为了系统而客观地筛选出关于深基坑工程信息化施工技术研究文献的有效样本，首先，本研究选择“中国知网”作为文献计量分析的统计数据来源，它提供CNKI源数据库、外文类、工业类、农业类、医药卫生类、经济类和教育类多种数据库。综合考虑文献来源的全面性、时效性和前沿性，采用高级检索，时间定为1995—2016，由此得到符合检索条件的有效样本文献1026篇。1.2研究方法本研究运用知识图谱分析法对检索出的1026篇有效文献进行实证分析。知识图谱分析法是内容分析方法的一种，属于科学计量学范畴。在图书情报界，知识图谱（MappingkowledgeDomain）称之为知识域可视化或知识领域映射地图，它是通过将应用数学、信息科学、信息可视化技术、图形学等学科的理论和方法，与计量学引文分析、共现分析等方法相结合，并利用可视化图谱，把复杂的知识领域通过数据挖掘、信息处理、知识计量和图形绘制而显示出来，形象地展示学科的发展历史、核心结构、前沿领域、整体知识架构以及它们之间的相互联系。常见的知识图谱绘制软件有Bibexcel、Net-Draw、Pajek和CiteSpace等[3]。与其他软件相比，CiteSpace融合了图谱绘制中常见的频率分析、共引分析、聚类分析以及社会网络分析等方法，侧重于探测和分析学科前沿的演变趋势、研究前沿与其知识基础之间的关系，以及不同前沿之间的内部关系[4]。本研究运用CiteSpace软件对深基坑工程信息化施工技术的研究文献进行科学计量，可以通过将深基坑工程信息化施工技术研究的相关内容绘制成可视化图谱，得到与其相关的社会网络、知识基础和前沿演变，为客观认识深基坑工程信息化施工技术研究的发展、指导国内的深基坑工程信息化施工技术研究提供借鉴和参考。2图谱绘制与数据分析2.1深基坑工程信息化施工技术总体的发展趋势深基坑工程在我国广泛应用与研究开始于八十年代初，但在国外早就开始发展深基坑工程的研究，并且一直都走在我国的前面。为了能够跟进国外的技术，同时也为了更好的发展我国深基坑工程领域的研究技术，我国一直在不断的完善和探索我国的深基坑工程各个方面的缺陷和不足。在图1中可以看出从1995年开始，我国就对深基坑工程开始研究，并且一直到现在都是趋于一个大幅度增长的趋势，特别是在近五年来更是飞速发展。在图2中可以看出深基坑工程的主要内容包括岩土工程勘察与工程调查、支护结构设计、基坑开挖与支护的施工、地层位移预测与周边工程保护和施工现场测量与监控等等。深基坑工程是一个非常复杂的施工过程，它就包括各个方面之间要能够协调好，减少不必要的碰撞问题。图1文献总体趋势分析图图2文献关键词公用网络2.2深基坑工程信息化施工技术研究的分布状况随着信息化技术的发展，从图3中可以看出深基坑工程信息化施工技术在各个领域都得到了研究，特别是在工程技术领域，它的发展更加明显，占有比率将近百分之八十。对于每一个学科也都跟随时代的发展，不断的对深基坑工程信息化施工技术进行研究，但主要还是建筑科学与工程，毕竟深基坑工程主要还是建筑物方面的应用（图5）。在图4中是近些年来关于深基坑工程信息化施工技术研究的关键词的统计，这就体现了我国在深基坑工程研究的各个方面和环节。图3文献研究层次分布饼状图图4文献关键词分布柱状图图5文献研究学科分布饼状图2.3深基坑工程信息化施工技术研究的概述深基坑信息化施工指的是通过信息采集，将采集得到的数据处理后与预测结果经过深入比较，运用反分析求的更符合要求的土质参数并利用该技术参数预测下一施工阶段的维护结构类型及土体性状等重要内容，同时采集下一施工阶段的相应信息。经过反复循环，不断采集信息和修改设计内容同时指导施工，也就是不断地分析预测来指导施工、经过施工信息来对设计进行及时反馈，使设计和施工内容最大限度的接近实际情况，从而达到排除险情，实现最佳工程的最终目标。深基坑工程信息化检测可以有效指导基坑现场的施工情况，同时能够及时发现基坑施工中存在的安全隐患，实施信息化监测有利于提高基坑施工过程中的安全系数，同时可以优化施工工序及工艺并避免大事故发生。信息化施工是非常必要的。深基坑工程土方开挖施工过程中，被挖基坑内部和外部的土体由原来的静止土压力状态变化为被动土压力和主动土压力两种压力状态，由于应力状态的改变，土体会发生弹性及非弹性变形，支护措施的采用只能在一定程度起到防护作用，土体的变形主要包括坑内土体隆起、支护结构和周围土体的测向位移。以上变形量值超出了容许范围值后会危害基坑支护结构。深基坑工程一般在市中心繁华区进行，施工现场范围及四周有较多建筑物和地下管线，基坑开挖造成的土体变形等问题，对附近建筑物和地下管线的正常使用造成了严重影响，若土体变形量过大将引起周围环境和结构的破坏。于此同时，基坑附近的管线引起地表水渗漏，与基坑紧邻的建筑物相当于较大的集中荷载，以上类似因素导致土体变形更加严重。由此看来，深基坑施工期间，需要对基坑支护结构、周围土体及附近构筑物进行综合系统监测，才能全面了解工程情况，确保工程安全顺利进行。综上所述，深基坑信息化施工十分必要主要表现在以下几个方面：1）对支护结构设计进行验证，对基坑开挖和支护结构施工进行指导；2）基坑支护与附近构筑物间的安全协调工作；3）工程经验与设计的相互完善3讨论与结论3.1讨论为什么要将信息化施工技术广泛应用于深基坑工程中呢？未来的深基坑工程一定会越来越多，深度也会进一步加深，地质条件也会越来越差，由此必然会对基坑工程各个方面提出新的要求。一方面也是有深基坑工程未来的发展趋势所决定的：1）深基坑工程是一个系统工程，从勘查、设计到施工，牵涉到方方面面，这就要求我们以系统的眼光来对待深基坑工程中的很多问题；2）深基坑工程的各个方面将趋于规范化、智能化、机械化、信息化。另一方面党和政府对信息化工作非常重视，党的十六大柏高指出：“信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”3）用实测数据进行检验评价现有设计，从而提高设计及施工水平；4）根据现有的有关规范和技术，采用动态设计与信息化施工技术可以最大成度的减少施工安全事故的发生，避免因施工给国家、人民带来不必要的损失和影响。信息化施工技术对深基坑工程会有什么优势利益？1）及时发现不稳定因素，由于土体成分和结构不不均匀性、各向异性及不连续性决定了土体力学性质的复杂性，加上自然环境因素的不可控影响，人们在认识上尚有一定的局限性，必须借助工程信息化手段进行必要的补充，以便及时采取措施，确保基坑稳定安全，减少和避免不必要的损失；2）验证设计和指导施工，客观的说，目前深基坑工程的设计尚处于半理论半经验的状态，通过工程信息化可以了解周边土体的实际变形和应力分布，用于验证设计与实际符合程度，通过监测掌握周边建筑物和管线的变化趋势，并根据基坑变形和应力分布情况为施工步骤的实施、施工工艺的采用提供有价值的指导性意见；3）保障业主及相关社会利益；4）分析区域性施工特征。3.2结论随着基坑深度成倍的增加，基坑围护结构、土体、地下水的性态都有很大的变化，有些甚至存在着质变。同时地质条件也越来越差，尤其是在城市里，深基坑工程常处于秘籍的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁隧道或人防工程的近旁，虽属临时性工程，但其技术复杂性却远甚于永久性的基础结构或上部结构，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成巨大损失，因此对围护结构提出了越来越严格的要求。由此必然会对基坑工程各个方面提出新的要求。传统的设计计算理论和施工技术已难以适应这样的要求了。相应的设计规范、方法、软件都存在着这样那样的不足。从另一方面讲，作为一个与复杂地质环境紧密相关的系统工程，深基坑工程尤其是大型深基坑工程由于其复杂性和不确定性，决定了其设计和施工不可能截然分开。深基坑工程设计需以开挖施工时的诸多技术参数为依据，但开挖过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形发生种种意外变化。此外，由于围护结构设计计算中定量计算本身不能很精确，计算结果只是给设计者提供一个大概的可能的数值。虽然近几年来，基坑工程的设计计算理论和施工技术在不断的发展和创新，但很多基坑工程中的问题还不能通过单纯的理论分析计算来解释确定。有鉴于此，人们不断总结实践经验，针对深基坑工程，萌发了信息化设计和动态设计的新思想，结合施工监测、信息反馈、临界报警、应变措施设计等一系列理论和技术，制定相应的设计标准、安全等级、计算图式、计算方法等。目前已有不少工程中开始采用信息化施工，但是由于条件限制，目前信息化施工技术只是处于直接事务处理阶段，离深层次推理系统应用阶段有很大一段距离，还难以真正实现信息化设计和动态设计，这也反应了我们利用信息化技术正处于浅层次阶段。因此信息化施工有待进一步的发展，有待进一步的推广。总之信息化施工是现代施工技术与管理技术相结合的产物，是基坑工程、矿山工程、水利工程等所有工程必然发展方向。信息化施工的进一步发展和完善，一方面依靠开发更先进的测试元件、监测仪器，研究设计方法和预测分析方法；另一方面要正确处理工程项目施工进度、质量、成本和安全的关系。加强监测虽然使工程成本有所增加，但保证了施工质量和安全，避免发生事故造成更大损失，从而保证工程项目整体目标的实现。参考文献：【1】林鸣，徐伟.深基坑工程信息化施工技术.中国建筑工业出版社.2006.【2】王腊梅.深基坑工程动态设计和信息化施工的应用研究.中南大学.【3】李鑫.管理科学与工程学科知识图谱构建研究.湖北工业大学.2016.【4】杨国祥，李侃.大型超深基坑工程信息化施工研究.岩土工程学报.2003.【5】汪保明.信息化施工在深基坑工程中的应用.煤炭技术.2011