基本信息
- 项目名称：
- 轨道交通车站施工安全监测与软件分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 轨道交通车站施工安全监测分析软件围绕本地监测信息进行设计。通过采集到的涵盖与工程状态相关的各项信息，由系统自动分析处理绘制出对应施工图表。结合监测数据和各个工序进度，配合周边环境信息，进行各类图形的设计和展示。并且，利用预测算法，结合安全阈值进行风险的智能化预警。
- 详细介绍：
- 近十年来，轨道交通工程数量日益增加。然而，由于复杂的施工工序、不确定的施工环境、较短的工程发展年限，以及工程本身的高风险性，为施工增加了风险。通常轨道车站设置于城市繁华地段，一旦发生事故，将造成更为严重的后果。因此，基坑工程在施工中需要对各种项目进行监测，并根据这些监测信息结合工程进行分析。得出的结论作为于工程后续阶段的指导性意见。 伴随信息工程和施工信息化的高速发展，基坑工程中信息系统的重要性也就越来越大。本文介绍轨道交通车站施工安全监测分析软件的目的是想通过信息管理的手段，实时监测数据和工程状况，及时了解工程状况，发现潜在风险，确保工程安全，方便终端施工用户使用。 轨道交通车站施工安全监测分析软件围绕本地监测信息进行设计。通过采集到的涵盖与工程状态相关的各项信息，由系统自动分析处理绘制出对应施工图表。结合监测数据和各个工序进度，配合周边环境信息，进行各类图形的设计和展示。并且，利用预测算法，结合安全阈值进行风险的智能化预警。 本系统设计时首先满足了施工人员和专家能够更加直观方便地进行管理和预测，通过图形化监测信，实现了工程信息的图形化；同时，从信息输入伊始就考虑到工程的施工流程。将工程进度信息输入到系统中，并结合监测等其他模块，综合展示，监测工况表现出数据变化的原因，实现了监测信息的流程化；再者，考虑到终端用户的使用习惯和系统的便捷性，设计了许多交互接口，通过提高系统的交互性来使系统的信息更方便归类，实现了系统的交互化；另外，系统直观反映了工程的进度状况，实现了工况的动态化；最后，系统采用了灰色基因表达式编程算法,对监测数据进行智能分析,完成了工程风险的有效预警，实现了系统的智能化。 作为一套监测系统，该设计方案将采集到的各项工程信息进行分析，充分展示了工程的状态，同时又以交互化的监测曲线视图，深度挖掘了监测信息的内涵。而为了使系统更具实时监测的功能，系统中充分运用了CAD技术，结合图纸中的图元与属性数据对象，实现动态跟踪监测数据与实际新增测点监视的需求。与此同时，系统中还融入了灰色基因表达式编程算法，以获得基坑周边地面沉降预测的高精度，加强较之于传统算法的吻合度，实现了风险的预测及报警的功能。 最后，本系统已经在上海地铁十一号线曹杨路地铁站进行了试用。目前，正在宁波市轨道交通一号线舟孟北路站进行运用，并计划投入杭州轨道交通建设的施工中。在应用中进行实践，发现和解决问题。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明目的：轨道交通车站施工位于城市中心,一旦发生事故后果十分严重。作品通过信息管理手段，监测分析工程情况，发现潜在风险，确保安全性，希望降低近年来由于地铁建设快速扩张所带来了事故频发的现状。 基本思路：与传统只分析实时监测数据不同，作品在此基础上结合工程具体的单体和工况、地质条件和周边信息，基于CAD图纸和可视化技术，直观全面地展示当前工程状态并事先智能安全预警。 技术关键：①工程单体和工序划分和图纸表达②CAD文件的读取、修改和动画功能展示③ 监测信息全方位可视化展示设计④周边环境安全预测功能设计 创新点：①通过采集工程信息，联系工程进度，全面描述工程状态，以交互式的监测曲线图设计为基础，深入挖掘监测信息的内涵； ②充分运用CAD技术，建立CAD图中图元和属性数据对象的关联，实现分析图表和数据间的双向可视化查询，紧密结合施工工序及环境进行监测数据的展示和分析；③根据提出的灰色基因表达式编程算法，从而获得更高的基坑周边地面沉降预测精度和高于传统算法的吻合度，帮助系统完成风险预测及报警。
科学性、先进性
- 作品的设计理念有所超越。把监测数据变化与工程工况结合，改变了原来只根据监测数据的阈值或变化量进行分析的状况，使分析更具针对性。系统充分利用图纸资源，围绕CAD图纸进行进度跟踪和测点监测，使表达准确，便于推广。 1.图形化。设计角度，系统通过图形化方式进行信息展示。图形化监测信息使使用者能够更直观方便的进行管理和预测； 2.流程化。系统从信息输入伊始就考虑到施工流程。将进度信息输入系统中，结合监测等其他模块综合展示，表现出数据变化的原因而不再是独立数据。 3.交互化。整个系统的界面和功能采取了大量交互化设计。终端用户可以通过交互化功能更方便的使用系统。这对于以往工程监测管理系统均存在的信息分散、界面不友好和难于操作的状况有极大提高； 4.动态化。动态化的设计保证了系统能够直观的反映基坑这一动态工程的进度状况。比以往只能通过图表和报表制作静态图像是极大的进步，也是提升用户体验的设计。 5.智能化。设计了灰色基因表达式编程算法,对监测数据进行智能分析,完成工程风险的有效预警。
获奖情况及鉴定结果
- 获第十二届全国挑战杯课外学术科技竞赛上海市选拔赛特等奖 本系统根据上海地铁十一号线曹杨路地铁站施工情况进行了开发和试用。 目前在宁波市轨道交通一号线舟孟北路站进行运用 计划投入杭州轨道交通建设的施工中
作品所处阶段
- 初步使用
技术转让方式
- 不转让
作品可展示的形式
- 现场演示系统，或展示系统界面的截图和操作视屏
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 1.系统把监测信息和环境信息和工程进度联系起来，通过可视化的手段展示信息的内涵，与同类产品相比，能够更为准确地表达当前工程的实际情况。 2.围绕CAD图纸，进行施工过程的动态显示，通过与用户的交互，帮助用户发现工程风险。 3.改进了灰色理论，根据测斜等信息预测地面沉降，自动进行风险预警，确保了工程的安全。 适用范围及推广前景： 本系统不仅适用于轨道交通地下车站施工，而且适用于其它基坑的施工中。由于目前我国地下空间开发和高层建筑发展迅猛，因此系统也具有广阔的工程应用前景。
同类课题研究水平概述
- 国内外现状： 1．数据的动态监测和采集系统发展很快。 例如谢伟[1]等设计了基于Web方式，利用数据仓库和计算机网络进行数据的远程管理系统。该系统能替代人工来进行各类监测数据的更新，实现对数据的组织管理，并通过web远程访问提高工作的效率。在吴振君[2]等提出把工程数据和地质条件紧密结合的监测系统设计思路中，将系统的操作建立在GIS图形平台，提供可视化的管理系统。在该系统中可以导入图纸并在图纸上进行操作和查询。郑加柱[3]等在Visual Basic 6.0平台上，开发出了深基坑监测数据管理及可视化系统,实现了深基坑监测数据的动态管理、分析、查询及三维动画显示等功能。Rick Wilkins[4] 介绍了使用监测机器人和传感器组成的自动监控系统。 2．对于监测信息分析也日益受到重视 在王海飙[5]等人的研究中，他们注意到了对施工进行动态监测和控制的重要意义，在处理好基坑基本信息的同时，有效地监测工程相关的地面和建筑物的变化信息，通过及时的信息反馈，避免基坑塌方等危险。Zhiqin LIU[6] 介绍了运用数值模拟分析方法对深基坑支护引起的相邻建筑变形的分析和监测的比较研究。 当前存在的问题 1． 只考虑检测信息，没有和工程进度、周边环境有机地联系起来。 基坑监测的主要内容是基坑的地下墙体侧斜和周边环境的分层沉降、孔隙水压力等信息。这些数据的变化不仅与地质条件相关，而主要受到工程进度的影响。而目前该系统的监测中只是单一的分析监测值的变化，而没有注重与工程实际进度和状态联系起来，导致在监测数据发生较大变化时，就很难分析其究竟是出现了施工风险前兆还是正常施工的影响。 2． 基于监测数据进行预测和风险能力还有待提高。 绝大多数的监测系统缺乏对信息的有效分析，只是局限于一些简单曲线图的显示，虽然有些系统也有对基坑周边环境的预测，但是效果还有所提高。 3．数据的可视化展示和用户交互性功能缺乏。 大部分系统没有监测数据和工程的其他信息组合在一张图上显示，通常图上显示内容有限，而实际上在车站开挖过程中，如果不根据用户要求动态把监测信息和其它信息结合起来按一定的方式显示，其能够提供的价值就会下降。
