[摘要]目前地鐵施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的文件管理模式已無法滿足大量監(jiān)測數(shù)據(jù)快速分析和長期安全保存的要求。本文提出了基于分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息化解決方案，即建立一套以分布式數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)存儲方式、采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為傳輸和共享平臺的地鐵施工監(jiān)測信息系統(tǒng)，讓用戶及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取各施工現(xiàn)場的監(jiān)測信息。
[關(guān)鍵詞]地鐵施工；監(jiān)測；分布式數(shù)據(jù)庫；信息系統(tǒng)
地鐵大多位于人口稠密的城區(qū)，通常周圍有重要的建筑物和地下管網(wǎng)，地鐵施工有可能使其產(chǎn)生位移、沉降和變形，以至遭受破壞，造成嚴(yán)重的工程事故。通過施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以及時(shí)掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)變位和周圍環(huán)境條件的變化，反饋信息以指導(dǎo)施工。因此，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)分析和保存在地鐵施工過程中具有特別重要的意義。然而，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理也存在許多問題，主要表現(xiàn)在現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)還停留在文件管理模式下。如：監(jiān)測數(shù)據(jù)的計(jì)算由人工完成，監(jiān)測報(bào)表用Ｗｏｒｄ或Ｅｘｃｅｌ手工制作；導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能共享，查詢困難，降低了工作效率和管理分析水平，而且由于施工現(xiàn)場的設(shè)施簡單，環(huán)境較差，人員流動性強(qiáng)，監(jiān)測數(shù)據(jù)的保存缺乏安全性和可靠性。
隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字化信息為核心的信息系統(tǒng)對土木工程領(lǐng)域原有的設(shè)計(jì)模式、檢測和監(jiān)測技術(shù)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。信息系統(tǒng)的自動化、網(wǎng)絡(luò)化、以及分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)為解決現(xiàn)存地鐵監(jiān)測工作的不足提供了重要途徑。為了能及時(shí)對監(jiān)測對象的狀態(tài)、穩(wěn)定程度和變形進(jìn)行分析，并能長期安全地保存監(jiān)測信息，以實(shí)現(xiàn)地鐵的信息化施工，本文提出基于分布式數(shù)據(jù)庫的信息化解決方案，即建立一套以分布式數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)存儲方式、采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為傳輸和共享平臺的地鐵施工監(jiān)測信息系統(tǒng)。它不僅用于分散的、各自獨(dú)立的施工現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理，還對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理和長期保存，讓用戶及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取監(jiān)測信息，而且還可為以后類似地鐵施工方案設(shè)計(jì)及規(guī)范修改提供數(shù)據(jù)參考。
一、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在進(jìn)行地鐵施工時(shí)，施工現(xiàn)場需要及時(shí)分析處理監(jiān)測數(shù)據(jù)，但由于各施工現(xiàn)場的設(shè)施簡單，流動性強(qiáng)，不易長期保存監(jiān)測數(shù)據(jù)。而地鐵管理單位計(jì)算機(jī)設(shè)備較好，環(huán)境穩(wěn)定，適合統(tǒng)一維護(hù)各施工現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)上述情況，將整個(gè)系統(tǒng)分成2個(gè)部分：
(1)現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)
現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)布設(shè)在地鐵各施工段上，由現(xiàn)場監(jiān)測人員使用，采集監(jiān)測數(shù)據(jù)并將該施工段的概況信息錄入到系統(tǒng)，存儲于本地?cái)?shù)據(jù)庫，管理分析數(shù)據(jù)庫中的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其及時(shí)傳送到地鐵管理單位�，F(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的建立使現(xiàn)場監(jiān)測人員改變現(xiàn)有的遞送監(jiān)測報(bào)告、數(shù)據(jù)報(bào)表的方式，數(shù)據(jù)自動遠(yuǎn)程傳輸，進(jìn)一步提高工作效率，實(shí)現(xiàn)信息化施工。
(2)監(jiān)測中心管理系統(tǒng)
監(jiān)測中心管理系統(tǒng)布設(shè)在地鐵管理單位，從多個(gè)現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中管理和存儲，實(shí)現(xiàn)各施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析，以及對外發(fā)布監(jiān)測信息，使各類用戶可通過Ｉｎｔｒａｎｅｔ或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ方便地檢索查詢所需要的信息。
地鐵施工監(jiān)測信息系統(tǒng)可以有效地服務(wù)于對地鐵施工監(jiān)測的全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的管理和反饋，并對監(jiān)測信息進(jìn)行分析和長期保存，提供信息交流的平臺，提高資源的共享水平，進(jìn)而在功能上達(dá)到縱向信息反饋及時(shí)，橫向信息共享，系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)框架。
二、系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)
2.1現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)是一套具有本地?cái)?shù)據(jù)管理分析功能，同時(shí)還具備網(wǎng)絡(luò)傳輸功能的傳統(tǒng)Ｗｉｎｄｏｗｓ桌面應(yīng)用程序。其具體功能模塊如下：
(1)數(shù)據(jù)采集預(yù)處理模塊
現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)從監(jiān)測儀器采集接口自動讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)，不能自動采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用人工錄入，并對各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測值序列的系統(tǒng)誤差檢驗(yàn)，把含有粗差的監(jiān)測值定位和剔除。
(2)數(shù)據(jù)管理和預(yù)警模塊
把監(jiān)測數(shù)據(jù)存入本地?cái)?shù)據(jù)庫內(nèi)，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、更新、增刪、查詢、打印等。如果某項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果超過預(yù)定的警戒值，該模塊將自動報(bào)警。
(3)數(shù)據(jù)圖形化模塊
該模塊主要完成現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)布置圖的繪制，以及各測點(diǎn)沉降過程線圖、水平位移過程線圖等動態(tài)顯示。
(4)數(shù)據(jù)預(yù)測模塊
運(yùn)用時(shí)間序列模型和灰色理論模型，由人機(jī)對話或計(jì)算機(jī)自動選擇合適的預(yù)測函數(shù)，對測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以預(yù)測該測點(diǎn)狀態(tài)變化的趨勢。
(5)數(shù)據(jù)上傳模塊
采用消息隊(duì)列技術(shù)(ＭＳＭＱ)[6]，即使現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)離線或斷線，所有的數(shù)據(jù)都會被緩存起來，重新連入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ之后，可自動將數(shù)據(jù)上傳到地鐵管理單位內(nèi)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，保證了監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院托省?/p>
2.2監(jiān)測中心管理系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
監(jiān)測中心管理系統(tǒng)是一個(gè)典型的Ｗｅｂ應(yīng)用程序，系統(tǒng)運(yùn)行在Ｉｎｔｒａｎｅｔ企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部環(huán)境中，采用多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以方便地和其它網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，同各現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)通訊，提供方便、快捷、全面的數(shù)據(jù)查詢。其具體功能模塊如下：
(1)數(shù)據(jù)管理和預(yù)警模塊
把各現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)根據(jù)施工現(xiàn)場編號存入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，由數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有效地管理監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、組織、編碼、儲存、檢索和維護(hù)，保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性和無冗余性。如果某項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果超過預(yù)定的警戒值，該模塊將自動報(bào)警。
(2)數(shù)據(jù)圖形化模塊
該模塊主要完成地鐵各施工現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)布置圖的繪制，以及各測點(diǎn)沉降過程線圖、水平位移過程線圖等的動態(tài)顯示。
(3)數(shù)據(jù)預(yù)測模塊
運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，由人機(jī)對話或計(jì)算機(jī)自動選擇合適的函數(shù)，對測點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，以預(yù)測該測點(diǎn)狀態(tài)變化的趨勢。
(4)數(shù)據(jù)發(fā)布模塊
基于Ｗｅｂ技術(shù)將各施工現(xiàn)場監(jiān)測信息以網(wǎng)頁形式發(fā)布，供相關(guān)設(shè)計(jì)單位和用戶參考，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測工作的開放化和透明化。
三、分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
分布式數(shù)據(jù)庫是在分布式管理模式下，每個(gè)遠(yuǎn)端分部的數(shù)據(jù)信息存放在本地?cái)?shù)據(jù)庫內(nèi)，平時(shí)可獨(dú)立操作使用，同時(shí)定期將本地所有數(shù)據(jù)信息或匯總數(shù)據(jù)信息通過遠(yuǎn)程通信線路發(fā)送到遠(yuǎn)程總部，總部接收各個(gè)分部發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，將其存儲到總部的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，以滿足總部對數(shù)據(jù)的分析決策和長期安全保存的需要。根據(jù)上述分布式數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)，把地鐵施工監(jiān)測信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分成以下兩類：
(1)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
按照地鐵現(xiàn)場施工的方法，把現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫劃分為3類：①明挖監(jiān)測數(shù)據(jù)庫；②暗挖監(jiān)測數(shù)據(jù)庫；③盾構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。然后在上述3類數(shù)據(jù)庫中根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容建立相應(yīng)的測點(diǎn)監(jiān)測表，如明挖圍護(hù)樁墻頂沉降監(jiān)測表、暗挖拱頂下沉監(jiān)測表和盾構(gòu)預(yù)制管片凹凸接縫處法向應(yīng)力監(jiān)測表，以及本地施工現(xiàn)場概況信息表。
(2)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
除了上述現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，還要包括各施工現(xiàn)場概況信息表，以及用戶訪問權(quán)限信息表，監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖3所示。
四、系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用平臺
4.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)是在ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏＮＥＴ2003開發(fā)環(huán)境中使用Ｃ++開發(fā)的ＷｉｎＦｏｒｍ風(fēng)格的桌面應(yīng)用程序，監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在Ａｃｃｅｓｓ數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳使用ＸＭＬ格式的消息隊(duì)列。監(jiān)測中心管理系統(tǒng)則是典型的ＡＳＰ.ＮＥＴＷｅｂ應(yīng)用程序，使用ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ.ＮＥＴ2003開發(fā)，ｗｅｂ服務(wù)器軟件使用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＩＩＳ，數(shù)據(jù)庫使用ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＳＱＬＳｅｒｖｅｒ2000。
4.2系統(tǒng)應(yīng)用平臺
現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)安裝在靠近施工現(xiàn)場的計(jì)算機(jī)上，其系統(tǒng)要求如下：①中文ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓＸＰ專業(yè)版操作系統(tǒng)；②安裝.ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋＤｉｓｔｒｉｂｕｔａｂｌｅ11版；③安裝ＭＳＭＱ30組件；④能夠訪問Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。
監(jiān)測中心管理系統(tǒng)安裝在地鐵管理單位的專用服務(wù)器上，其系統(tǒng)要求如下：①中檔服務(wù)器平臺，以專線聯(lián)入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網(wǎng)絡(luò)，擁有獨(dú)立ＩＰ及域名；②中文ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓＳｅｒｖｅｒ2003操作系統(tǒng)；③安裝.ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋＳＤＫ11版；④安裝ＩＩＳ60Ｗｅｂ服務(wù)器軟件；⑤安裝ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
五、應(yīng)用實(shí)例
北京地鐵4、5、10號線及奧運(yùn)專線的土建施工幾乎同期進(jìn)行，其中地鐵5號線雍和宮站和地鐵10號線奧支熊貓環(huán)島區(qū)間由北京城建設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)，為保證工地施工安全，設(shè)計(jì)院要求施工單位將監(jiān)測信息及時(shí)反饋，以便相互配合，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，采取得當(dāng)措施，保證施工質(zhì)量安全。本系統(tǒng)開發(fā)試運(yùn)行階段將應(yīng)用在上述工程中，即分別在兩施工現(xiàn)場設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)，而監(jiān)測中心管理系統(tǒng)設(shè)置在設(shè)計(jì)院�，F(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)通過各種途徑采集監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入本地?cái)?shù)據(jù)庫的同時(shí)，經(jīng)由Ｉｎｔｅｒｎｅｔ發(fā)送到設(shè)計(jì)院的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器在匯總施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的同時(shí)，又對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并加以分析和對比，總結(jié)出一些規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，為監(jiān)測管理人員和相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供幫助。
六、結(jié)語
地鐵施工監(jiān)測信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是地鐵施工監(jiān)測工作向數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、高效率管理層次發(fā)展的一次飛躍，通過現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)我們能夠及時(shí)對監(jiān)測對象的狀態(tài)、穩(wěn)定程度和變形進(jìn)行分析，修正設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化施工工藝，變更施工方法。通過監(jiān)測中心管理系統(tǒng)我們能夠存放地鐵線路的多個(gè)施工現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)，使其具有更全面的數(shù)據(jù)對比分析功能，并通過網(wǎng)上信息的發(fā)布，讓相關(guān)單位和用戶及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取地鐵施工監(jiān)測信息，為以后地鐵施工及規(guī)范修改提供參考。
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