（岩土工程专业论文）软土地区轨道交通地下车站建设的远程信息化系统研究.pdf

摘要 摘要 随着上海等城市的轨道交通建设的超常规发展，如何控制全部在建工程的风 险，特别是软土地区有可能造成巨大经济损失的工程风险成为日益严重的问题。 本文采用了信息化技术，将工程相关的数据、图形保存在数据库中，并通过互联 网进行信息的交换和分发，实现了网络化的工程信息共享和交互。并运用时空 效应理论，编制了用于控制基坑整体变形的施工指导软件，提供了在施工过程 中有效控制变形的手段，以降低工程施工造成的环境风险。由工程实测数据的研 究，论文总结了一套研判基坑工程风险的标准，并编制了由工程数据判定基坑风 险的自动报警程序，以控制基坑在建造过程中自身的危险。从而在数据采集、传 输、保存、分析、反馈等各个环节，建立了一套完整的用于轨道交通工程地下车 站建设风险控制的远程信息化系统。 关键词：地铁车站，工程风险，时空效应 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fr a i l w a yt r a f f i c i nu r b a nc i t yo fc h i n a ，s u c ha s s h a n g h a i ，h o wt oc o n t r o lt h er i s ko fa l lt h ep r o j e c tb e c a m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t i nt h i se s s a y , i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi sa p p l i e dt os o l v et h i sp r o b l e m s u c hw o r kj u s t a sp r o j e c ti n f o r m a t i o ni ss t o r e di n t od a t a b a s e s ，t r a n s f e rd a t av i ai n t e m e t a n d a c c o r d i n gt ot h et h e o r yo f t i m i n g - s p a c ee f f c e t so f e x c a v a t i o n ，ap r o g r a mi sp r o v i d e d t oc o n t r o lt h ee n v i r o n m e n tr i s k ，w h i l et h ee x c a v a t i o ni sb e i n gc a r r i e do n m e a n w h i l e ， w i t ht h es t u d yo fp r o j e c td a t a ，as e r i e ss t a n d a r di sc o n c l u d e dt oj u d g et h er i s k o fp i t i t s e l f s oac o m p l e t er e m o t ei n f o r m a t i o ns y s t e mc a m et or e a l i t yi ne a c hp a r to fd a t a c o l l e c t i o n ，t r a n s m i t ，s t o r a g e ，a n a l y s i n ga n dr e s p o n d i n g ，t oc o n t r o lt h ew h o l ep r o j e c t r i s ko f m e t r os t a t i o n s k e y w o r d ：m e t r os t a t i o n ，p r o j e c tr i s k ，t i m i n g - s p a c ee f f e c t 声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成博士硕士学位论文：筮垫匡塾道童通丝王奎盐建堂 煎运墨信息丝丕缝受塞：。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文 中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：懒 2 0 0 5 年3 月 第一章绪论 1 1 概述 第一章绪论 大城市城市区域内的交通问题，是制约中国城市现代化发展的绊脚石。上世 纪八十年代，江泽民前主席在就任上海市市长的就职演说中，就将解决交通问题 列入他任期内要解决的实事之一。在地面交通发展远不能满足需要的情况下，城 市轨道交通成为必然的选择。 在上海地铁1 号线的成功示范效应带动下，从上个世纪的九十年代开始，中 国各大型城市陆续开始了地铁的规划建设。根据发达国家城市轨道交通建设的经 验，联成网络的轨道交通线路发挥的效能远比单根轨道交通高。所以，各大城市 的轨道交通规划大多构造成网，上海规划中的轨道里程约为4 6 0 公里；即使是苏 州这样的城市，它的轨道交通网络亦规划了2 4 0 公里。 在规划具体实施过程中，为了尽快跨入现代化大都市的行列，中国多数大城 市选择了同时开工建设多条轨道交通线路的方案。目前，上海、北京、广州、深 圳、南京等城市都有多条同时开工建设的轨道交通线路。所有城市之中，同时开 工建设线路最多是上海市，到2 0 0 3 年末，有明珠线二期、一号线北延伸、八号 线、六号线、七号线、九号线线同时开工建设，在不远的将来，还将有十号线、 十一号线等线路开始建设。 第一章绪论 图1 1 “十五”期间上海轨道交通建设的规划图 如此大规模的建设，带来的不仅仅是轨道交通建设的机遇，而且有成倍增长 的工程风险。 首先，目前轨道交通的建设，政府部门往往要求做到施工过程尽量小地影响 市民的生活，一号线采用的封路施工的手段已经很少使用，所以，车站往往采取 分段施工；工程所占用的道路往往采取两次或更多次翻交；施工节点多且繁复， 发生工程风险的可能性和概率大大增加。 第一章绪论 第一章绪论 4 第一章绪论 图1 2 某车站施工步骤不意图 其次，轨道交通的车站大部分建设在中心城区，由于建设资金和施工场地受 限，常常近邻建筑物施工，上海地铁明珠线二期宜山路车站基坑，开挖深度却达 3 0 米，而与相邻建筑物的最近距离只有l 米多。远远小于规范中施工影响范围 ( 开挖深度3 倍) 。所以除保护车站基坑的安全外，确保周围建筑物的安全、减 少环境的影响是建设过程中不可忽视的问题。而且，在附近建筑物或构筑物是重 要设施( 如历史建筑等) 时，环境保护甚至比基坑的安全更加重要。 第一章绪论 图1 3 巾心城区建设轨道交通示例( t g 铁1 号线) 6 第一章绪论 、 j | 菝 | 冬 ji h ej | i 路 ，一二二 一一一一一 中 一一一一泰 央 j 遂 ? 大厦 孽 ，j 、 路 泰兴大楼基坑 寓 一、。 石门跨地铁车站j 图1 4 中心城区建设轨道交通不例( 地铁2 号线) 而在软土工程地质地区的基坑施工和基坑环境保护，已经积累了很多的科研 成果和经验，例如刘建航、侯学渊等创建的时空效应理论。在这些理论和经 验的指导下施工，能将基坑施工对环境的影响降低到最小。上海地铁2 号线的河 南路车站以及1 5 5 、1 5 7 地块基坑施工以及其他工程的成功经验充分证明了这点。 但是，在实际应用过程中，由于没有形成一整套应用体系，加之对决策者的理论 和工程经验要求都很高，而且需要长期跟踪，随工程进展灵活调整，在目前情况 下，仅能用在重点基坑的施工决策上，工程一多，难免顾此失彼。 同时，由于工程管理者的不同，理沦和工程经验难免参差不齐，在工程的初 步决策中难以用统一的标准进行衡量，有可能加大工程风险或者造成浪费，如果 能在统一的标准下给决策者以辅助，将具有重要意义。 除此之外，在目前建设单位大量削减现场办公人员的情况下，只有依靠先进 的信息技术，建立一套完整的信息收集、处理、分析、反馈、决策的系统，才有 可能把这么大规模的轨道交通建设管理好，避免工程风险及其带来的不必要的损 失。 第一章绪论 1 2 工程风险影响因素分析 据统计，我国每年因为公共安全事故所造成的损失已经超过6 5 0 0 亿元，约 占整个g d p 的6 ，而其中占据较大部分的是工程事故产生的损失。所以有必要 根据过去发牛的工程事故的情况，分析出产生工程事故的主要原因，从而系统地 降低工程风险。 工程风险的影响因素众多，规划、勘察、设计、施工等各个工程生命周期环 节都有可能山问题。针对各环节有可能出现工程风险的影响因素，大致可分为以 下几类： 表1i3 2 程生命周期发生工程风险汇总 环节 可能的工程风险 规划 建设时序问题带来的施工风险增加； 选址的反复变更导致旌工风险增加； 勘查 地质条件未探明导致的施工风险； 错误的土性参数导致设计错误； 设计 计算错误导致的施工风险： 图纸错误导致的菔工风险； 土建施工 劣质原材料导致的施工风险： 施j 二质母差导致的施_ l _ = 风险； 错误的施工工艺导致的施工风险； 管理不善导致的施工风险： 设备调试、装修、 自然灾害导致的工程风险 营运、报废 人为事故导致的工程m 险： 当工程风险秘累到一定程度时，必然导致工程事故。规划对j 二程风险有很大 影响，良好的规划可以避免小必要的工程风险，降低工程的总造价，但其风险是 存施工过稃中体现山来，所以事故原因不考虑规划因素。在设各调试、装修、运 营和报废期间，上程所面临的风险也远小丁土建施t 阶段的工程风险。所以，仅 以土建施工期问发生的工程事故为代表，分析工程风险因素。根据国内有文献口 f 杏的基坑土建施工过程中发生的：r 程事故资料，汇总成表1 2 。 查的基坑土建施工过程中发生的：l 程事放资料，汇总成表l2 。 第一章绪论 表1 ，2 基坑工程事故汇总表 事故原因 城市工程事故发生时间开挖深度支护结构施工施工 设计 勘查其他 质量管理 “宏威大厦”深基坑大面积基坑停止降水后的一 海口 8 6 5 m 喷锚支护 坍塌，引起附近综合楼开裂殴时间 “宇海宾馆”深基坑南侧建 海l j清理基坑底部 8 m非预应力锚杆 筑物倾斜坍塌 “半球太新广场”配电房靖支护桩、锚杆 湛江天降大雨 9 m 入深基坑加周 “金环大厦”深基坑坍塌， 汕头天降大雨 9 m 斜撑 导致周围建筑物开裂 “东方购物中心”深基坑大支护桩、锚杆 石家庄天降大雨2 0 5 m 面积塌方加固 某银行大厦深基坑塌陷造威 太原 天降大雨 1 0 _ 3 m支护桩 相邻建筑倾斜，地面塌陷 “南洋国际信托中心”边坡 海口天降大雨 6 m 木桩 滑穆 “京光广场”基坑两侧工棚 双排挤密桩支 广州凌晨1 时 1 6 m护、一道锚杆 胬入，办公室倒塌 加固 开挖完毕，开始做地 北京某“广场”深基坑坍塌 1 4 7 m 支护桩 下室 北京“银都中心”深基坑坍塌天降大雨 1 2 m 灌注桩 “交通银行”深基坑边坡滑 南京开挖后不久 74 m悬臂灌注桩 移，路面开裂 人民商场改建一期工程深基 南京开挖后不久 65 m 搅拌桩 坑事故 进香河农贸市场大楼深基坑 灌注桩、锚杆 甯尿事故引起周围建筑倾斜，道基坑部分开挖后 7 m 加固 路开裂 北京昆仑饭店深基坑册坡事故零时十分 1 15 m 护坡 某大厦深基坑支护结构倒塌 北京上午1 3 2 m护坡，灌注桩 事故 长春新世界广场深基坑事故清理基坑底部 1 6 m桩锚联合支护 无缝钢管总厂丰轧机基础工 天津开挖完成后不久 9 m 支护桩 程深摹坑事故 天津天津大豆油库深基坑事故开挖后不久 4 7 m 钢板桩 天津某高层住宅深基坑事故开挖即将结束时 1 1 2 m 灌注桩 福i h某大厦深基坑事故 1 1 m 预制桩 珠海香洲渔委商什楼深基坑事故开挖后不久 63 5 m 灌注桩 上海浦东良友商厦紧靠的商厦开始打桩灌注桩 9 第一章绪论 事故原因 城市工程事故发生时间开挖深度支护结构施工 施工 设计勘查 其他 质量 管理 上海浦东金桥高科技大厦紧靠的商厦开始打桩搅拌桩 上海黄浦区宁中大厦第j 层支护完后搅拌桩 上海虹口东方龙邸开挖后不久 1 0 m地下连续墙 上海虹口多伦大厦 1 15 m地f 连续墙 灌 丰桩，三道 上海某大厦深基坑倒塌事故95 m 支撑 某大厦深基坑支护结构倒塌 上海 事故 上海某大厦深基坑事故 上海某人厦深基坑倒塌事故 8 m 灌注桩 上海某大厦深基坑边坡坍塌事故 1 2 m地下连续墙 北京老干部活动楼 1 0 m 悬臂桩 北京某大楼支护桩 北京 某广场 1 76 m 灌注桩 北京 体委办公楼 7 m 灌往桩 武汉 某高层住宅 挖深超过3 米后5 m方桩 武汉某大楼 1 0 m 土钉加崮 南宁某大厦清理坑底淤泥支护桩 成都银行综合大楼天降大雨1 5 m 太原供销社综合大楼 1 0 m桩锚联合支护 福州某大厦深基坑事故基坑，r 挖到底时 6 m地下连续墙 天津 个体商厦 开挖后不久7 m方桩和灌注桩 灌注桩和旋喷 烟台 海关大厦 开挖至8 m1 0 8 m 桩 大连天元大厦1 0 m锚拉挡板 海 = j某大楼悬臂桩 海口 某大楼天降大雨 1 5 m 支护桩 钢混桩，锚杆 海口 某大楼天降大雨 1 0 m 支护 海口某大厦灭降大雨 9 m 支护桩 杭州 某工业大楼 5 m 搅拌桩 杭州 某厂循环水工程内撑 山东济南某商厦 山东 济南某大厦悬臂灌注桩 湛江某大楼开挖到设计标高 宁波 某大楼人直径灌注桩 沈阳 新峰商业广场大厦 1 0 m锚杆支护 沈阳合作大厦 沈阳租赁大厦 0 第一章绪论 事故原因 城市工程事故发生时间开挖深度支护结构施工施工 设计 勘查其他 质量管理 沈阳燃料大厦 沈阳和平大厦 广卅i某大楼开挖快结束时 广卅l国贸大厦 1 4 m锚杆支护 鞍山粮食大厦 鞍山银座大酒店 鞍山万科大厦 锚拉、旧钢轨 沈阳某银行大厦 1 0 m 支护 挖孔桩锚拉支 鞍山国贸大厦 局部挖到设计标高 1 4 m 护 无支撑水泥搅 上海 新世纪商厦 1 07 m 拌桩 二号大厦开始打桩币 上海浦东某商厦 8 d 搅拌桩 久 搅拌桩和灌注 上海某大厦开挖后不久 9 4 m 桩加钢筋 钻孔灌注桩加 上海浦东某大楼凌晨1 时 1 0 m 两道钢管支撑 地下连续墙加 上海 黄浦区某大厦 1 2 _ 3 5 m 四道支撑 大连某深基坑 锚喷网 锚碇式板桩结 天津某工程 构 深圳新世界大厦 天降大雨1 4 m人工挖孔桩 陶尿昕街小区二组蜘工程搅拌桩 辽宁机械进j t j 口大厦悬臂式预制桩 大连薄远大厦 钢管桩 大连 天津街高层副食品商场 灌注桩 大连海味饭店大厦灌注桩 成都锦绣花园 8 m 喷锚网 成都人民商场营业楼开挖到7 3 5 m 93 5 m 灌浆锚杆 钻孔灌注桩加 武汉泰含广场开挖到7 m 1 3 m 锚杆 镇f ：德辉广场 7 8 m 搅拌桩 上海黄浦扛上游饮水工程某管道 93 m 放坡 上海浦东某港放坡 福建船政学院宿舍楼连日暴雨 1 8 m沉管灌_ j 丰桩 攀钢 热电鼓风机站 预锚支护 鞍山 某人厦 开挖到坑底后不久 1 4 m灌注桩加锚杆 第一章绪论 事故原因 城市工程事故发生时间开挖深度支护结构施工施工 设计 勘查其他 质量 管理 浙江 某基坑 水泥挡土墙 山东邮电通讯物质大楼土钉加固 广州 某大厦 喷锚网 石家庄某高层建筑灌注桩加锚杆 钻孔灌注桩加 上海 某工程基坑 压密注浆 j ：海 某工程基坑水泥搅拌桩 上海 某工程基坑 地下连续墙 钻孔灌注桩加 杭州凯旋门大厦开挖至7 m 1 1 m 钢管 宁波镇海广播电视大楼 4 m混凝土灌注桩 深圳簿王大厦人工挖孔桩 洛阳某基坑无支护 上海某引水工程放坡开挖 上海 肇嘉浜污水泵站钢板桩加内撑 铜山 单集泵站 放坡开挖 上海广东路某基坑地下连续墙 珠海曼哈顿广场地下连续墙 柳州兴隆大厦挖孔桩 人工挖孔桩加 厦门某商业城 圈粱 福州某大楼深基坑事故冲孔灌注桩 钢筋混凝土预 福州某大厦深基坑事故 制桩 厦门厦禾路某饭店 9 m人工挖孔桩 福州五四路某酒店预制桩 无锡吉祥大厦 1 2 m灌注桩加圈粱 长沙华联大厦1 5 7 m悬臂桩加圈粱 上海新律大厦预制桩 卜海浦东通贸大厦预制桩 上海浦东大康花园b 楼预制桩 上海 浦东富都大厦 预制桩 上海嘉定商厦预制桩 上海奉贤商厦钻孔桩 i 一海某6 号高层住宅楼钻孔灌沣桩 上海浦东供销商厦围护桩 深圳某花园大厦人工挖孔桩 深圳锻水大厦搅拌桩 深圳卫生防疫站办公楼预制桩 深圳某什宅楼上钉支护 2 第一章绪论 事故原因 城市工程事故发生时间开挖深度支护结构 施工施工 设计勘查其他 质量管理 深圳地王大厦 人工挖孔桩 深圳 某大厦深基境事故地下连续墙 深圳某银行大厦 土钉支护 北京某大厦深基坑事故土钉支护 宁波某工程土钉支护 杭州某工程土钉支护 广州 妇儿中心大厦护壁桩 郑州某工程 预制桩 人工挖孔桩加 深圳某大厦深基坑事故 圈粱 深圳华侨大酒店大厦8 m 钢板桩 广卅l新华侨大厦1 2 m地下连续墙 钻孔桩加旋喷 广州湖北大厦 8 m 桩 钢筋混凝土护 广j h海洋馆l8 13 m 坡桩 钢筋混凝土板 上海东湖商务楼 桩 灌内撑注桩加 上海 某基坑工程搅拌桩加钢筋 混凝土 灌注桩加水泥 上海某基坑工程 搅拌桩 灌内撑注桩加 上海某基坑工程 搅拌桩加钢筋 混凝土 厚地连墙加钢 上海某超大型基坑 筋混凝士支撑 灌注桩加搅拌 e 海某基坑工程 桩加钢管撑 上海某基坑工程 水泥搅拌桩 地下连续墙加 上海某工程 内撑 钢板桩加铡管 上海某工程主楼幕坑 撑 第一章绪论 图1 5 基坑工程事故原因饼图 基坑的工程勘察、设计随着经验的积累和制度的不断完善，目前由此发生工 程事故的事例较少；施工质量带来的工程风险实质上就是施工管理的问题，随着 施工工法和施工技术的不断成熟，技术上的工程风险不断减少，基坑的施工管理 因素渐渐成为基坑工程事故的主导因素。图中施工质量和施工管理因素产生的工 程事故超过事故原因的5 0 ，近年来上海地铁所发生的基坑工程事故也证明了这 点。在事故发生前，有记载的基坑围护墙体均出现加速变形的情况；从事故发生 的时间看，有记载的大多是发生在开挖到坑底，底板未打或者天降大雨时，均为 基坑处在风险最高的时刻。所以论文将重点放在基坑土建施工过程，忽略规划、 勘查、设计、运营等阶段。 第一章绪论 图1 6 施工不当造成的保护建筑破坏1 图1 7 施工不当造成的保护建筑破坏2 第一章绪论 图1 8 工程事故照片l 图1 9 工程事故照片2 6 第一章绪论 图1 1 0 工程事故照片3 圈1 1 1 工程事故照片4 第一章绪论 图1 1 2 工程事故照片5 8 第一章绪论 1 3 国内外研究的现状 1 3 1 现状 通过信息来控制工程的进展古已有之，诸如金字塔、长城等著名的伟大工程 的成功，都受惠于当时对工程项目严密、科学的管理和由此而来的可靠的工程质 量。而管理的基础是建立在信息的收集、处理和反馈上。 现代的信息化施工源于新奥法隧道施工，早期的信息化施工是根据实际施工 的状况，调整设计，以及根据监测的结果，采取工程手段的统称。主要依靠的是 工程师的经验调整施工参数。继而发展为动态施工、动态设计。 近年来由于计算机技术的发展，信息化施工技术以软件为载体，逐步得到推 广应用。各种软件层出不穷，按它们的设计思路的不同，基本可分为以下几类： l 、基于工程监测的监测数据库系统 这类软件的功能多为把监测的数据以数据库的形式保存，能按监测的数 据，绘制趋势图，制作报表等等。有的软件有部分的预测功能，但基本 上都依靠工程经验研判趋势图确定工程的状态，相应的对策还是依靠工 程师的经验提出。 这样的软件有：唐山大学赵显富的变形监测成果数据库管理系统：西 安建筑科技大学建筑勘测研究所库向阳的高层建筑物沉降监测管理系 统；山东矿业学院独知行的建筑物变形监测管理系统等等。 2 、基于工程管理的施工企业办公自动化平台( 0 a ) 这类的软件注重的是施工的财务管理和进度管理，有利用国外成熟软件 为基础进行二次开发的，如中铁第十六工程局地下工程指挥部利用国外 的大型工程管理软件p 3 管理广州地铁2 号线江南西站工程施工；也有自 己开发的企业内部的自动化办公系统，如东南大学土木学院朱湘岚的基 于w b s 的工程项目管理信息系统软件等。这些软件系统注重的是工程 的施工管理，对工程的安全和对周围的影响没有处理的手段。 3 、基于科研成果的变形预测、预报系统 多为科研机构进行开发，主要分为两类： 1 )以研究岩土的本构模型，来预测将来工况的变形量，多以有限元 第一章绪论 正反分析为手段。由于本构模型的参数众多，正反分析的过程主 要在调整计算参数，需要较高的理论水平和计算经验，在实际运 用中，较难做成便于工程人员使用的傻瓜式的软件，难以推广； 2 )以软计算方法预测将来的变形情况，软计算是近年来兴起的信息 科学计算方法，大多应用于人工智能方面，包括了模糊数学、神 经网络、遗传算法、分形几何和混沌理论，工程上以神经网络计 算应用为多，其核心是认为实测的数据有全息性，能够根据实测 的数据推算将来的变形。g o h 等( 1 9 9 5 ) 用b p 网络预测了软土 基坑开挖中挡墙的最大位移；袁金荣、王文明、孙均在。深大基 坑施工变形的智能控制技术和地下墙变形的神经网络多步预 测研究中采用分步的神经网络法预测基坑的变形。但实际应用 上由于工况的改变而产生的变化往往预测结果不可靠，通常滞后 于实际的发展。其应用较多是基于m a t l a b 软件的计算，由于 使用者需要较高的理论水平和专业知识，实际应用的范围受很大 局限。 1 3 2 上述方法存在的缺陷 以上各种信息化施工软件各有特色，为推动信息化施工做出了很大的贡献。 但是，他们的缺陷也十分明显，可以归结为以下几点： l 、不友好的人机界面： 2 、多数软件只注重数据的保存； 3 、有预测功能的软件，大多反映趋势而不能做出决策； 4 、软件应用的效果取决于使用者的素质； 5 、推广成本巨大，不利于商业化； 6 、多数软件以单机应用为主，缺乏网络化应用以及跨平台使用的手段； 7 、数据的重复利用性较差； 上述的缺陷决定了目前信息化施工的软件还不够成熟，虽然有很多产品，但 是能真正有效地解决工程问题的并不多，也没有真正适合目前上海轨道交通大规 模建设的软件产品，更加缺乏实用化的估算工程对周围环境影响的施工指导性软 件，也缺乏对于工程危险判断的研究。 第一章绪论 此外，目前对于已有工程数据的分析利用，大部分企业和科研机构还停留在 报表阶段，数据的重复利用率较低。有必要引入先进的技术手段用于数据分析过 程。自从1 9 4 6 年第一台电子计算机e n i a c 诞生以来，利用信息技术成为解决科 学技术问题的一种新的手段。1 9 7 0 年，c o d d 第一次对不同数据元素可以相互关 联这一概念进行了严格的研究，从而得到了目前得到广泛应用的关系型数据库的 理论。那一阶段，由于电子计算的代价高昂，数据库仅是大型企业的专用产品。 到1 9 7 5 年，i b m 推出真正意义上的桌面型个人电脑，使个人使用电子信息技术 成为可能。1 9 8 8 年，d e v l i n 和m u r p h y 推出了数据仓库的思想，通过从海量数据 中优选的元数据( m e t ad a t a ) 构成数据仓库( d a t aw a r e h o u s e s ) ，以支持管理者 决策。其中，用数据挖掘( d a mm i n i n g ) 技术总结归纳出数据的规律，是建立数 据仓库的重要工作。把它应用到分析处理工程数据上，对于发现工程危险和工程 数据之间的相互规律，将具有较强的指导意义。 1 4 论文工作和解决的问题 针对国内外研究的现状，本论文以建立一套能够实用的远程信息化系统，以 降低地铁车站施工的工程风险。实现工程信息的远程共享，统一化的工程风险分 析，并将得到的结果通过多种手段发布给相关人员，作为现行上海轨道交通建设 管理制度的补充，更好地使上海轨道交通高效、有序、经济、合理地建设，降低 工程的风险，避免工程事故。 因此，论文的工作分成三部分进行： 1 、远程的工程信息平台的建立，包括有友好的用户界面和稳定可靠的服 务端，实现工程数据的采集、传输和保存； 2 、工程危险判定标准研究，包括开发基于时空效应理论的施工计算软件 以得到控制工程环境危险的指标和工程自身危险的判定准则的研究； 3 、工程信息的发布平台，通过客户端、手机短信等方式发送工程信息的 平台； 远程工程信息平台的建立是另外两个部分的基础，论文将在第二、三章进行 详细阐述；工程危险判定系统是论文的重要环节，论文在第四、五章详细研究这 一问题；工程信息的发布平台是结果的发布手段，也是用户接触的最终界面，论 第一章绪论 文在第六章对此进行论述；第七章是论文的总结和对这一领域的展望。 臣困 臣困 _ _ 遵_ 图1 1 3 论文内容和各类用户之间的关系 第二章远程工程信息平台的设计 2 1 概述 第二章远程工程信息平台的设计 降低工程危险，在实质上是一个建设管理问题。而任何个管理问题的解决， 都必须以数据为基础。工程建设在客观上存在一定规律，可以通过工程数据得到 体现。所以收集数据是建立平台首要解决的问题。本章将根据使用者的要求和现 有的软硬件环境，将整个系统细分成各个功能模块，以满足不同层面的使用者对 该平台功能的要求。从而确定系统基本的工作流程、数据流程和开发模式。 2 2 系统使用需求分析 2 2 1 系统的使用对象 由于工程的风险关系到参与工程的各家单位，所以平台的用户必然就是所有 参与工程的单位，根据每个单位的工作和职责的不同，可以将使用系统的用户分 为以下几类： 1 、数据的输入者：指那些将数据输入计算机，并将数据传递到数据处理 中心的使用用户，这部分用户完成的是数据的采集工作，要求系统提 供一个较好的人机界面，界面的设计要尽量减少用户的输入工作，并 且必须密切结合用户日常的工作，使用户的每天的工作量不增加许 多，这类用户只能察看他们输入的数据； 2 、数据的处理人员：指在数据处理中心，将所有工地的数据统一分析处 理的用户，他们要求有尽量多的可靠数据，并且有一个方便的查询和 数据处理界面，可以对数据进行高效率的管理，并作出高质量的工程 风险评估报告，他们能查看所有数据，但不得修改、删除、添加任何 原始资料； 3 、工程的决策者：这部分用户需要的是对每个工地风险的评估，要求简 明扼要，不需要有冗长的数据； 4 、现场工地的管理者：这部分用户兼有第2 、3 类的用户需求，而且这 类用户使用系统的频率介于第2 、3 类的用户之间，另外他们只需要 第二章远程工程信息平台的设计 本工地的数据。 5 、其他用户：如进行科研工作的用户，他们要求数据详细、可靠，而且 需要能够一次得到大批量的数据，并有便于用户再次进行数据处理的 数据格式； 图2 1 平台各类用户的数据流程 2 2 2 平台运行的环境 平台运行的环境包括有以下5 个部分，为避免增加投入，以利用现有的软硬 件设备为主。 1 、硬件设备 工地现场：大部分c p up i i 以上，内存1 2 8 m 以上，有部分计算机的硬件配 置较低( 多为监测单位) ，甚至还有使用4 8 6 的单位； 服务器：采用h p 双志强c p u 内存1 g 的服务器； 2 、软件环境 工地现场：操作系统w i n d o w s 9 8s e 以上，硬件配置低的大多使用w i n d o w s 9 8 ； 服务器：操作系统w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，数据库平台有m ss q ls e r v e r 2 0 0 0 标准版，并提供f t p 服务； 3 、网络条件 第二章远程工程信息平台的设计 工地现场：4 号线和1 号线北延伸段大多采用p s t n 拨号上网的方式，工地 现场仅4 号线的宜山路站、大木桥路站和东方路站具有宽带，并布有局域网； 服务器：有一根1 2 8 k 的d d n 和一根5 1 2 k 的a d s l 接入，负担整个地铁公 司的i n t e m e t 接入，并具有固定外网i p ，服务器和地铁公司内计算机通过百 兆局域网相连，服务器具有硬件防火墙和u p s ； 4 、用户提供的数据 工地现场：提供所有电子文件形式的工程资料，包括有监测数据、监理资料、 工程进度、以及一些与工程相关的文档资料； 表2 1 用户提供的数据 单位类别数据类别 施工单位工程概况 工程总平面图 工程计划进度 监理报表 联系单 会议纪要 监理单位 整改通知书 工况记录 工程实际进度 测点布置图 监测单位测点信息 量测数据 5 、用户使用计算机的素质 工地现场：大多能熟练操作计算机，输入数据、连接i n t e m e t ，偶尔有不会 应付病毒等情况； 服务器：有专业的网管； 平台现有的软硬件环境决定了平台是基于w i n d o w s 操作系统的数据库应用 开发，要求系统必须设计成有较为便于使用、输入工作量尽量少的用户界面，以 满足不同层次用户的要求；占用较少带宽的数据传送方式以快速传送数据；直观、 高效的数据分析界面，减少数据分析人员的工作量：并具有较高安全性的数据存 放、管理手段，来保证数据安全和系统的正常运行。 第二章远程工程信息平台的设计 2 2 3 平台的功能模块划分 不同的用户对平台的需求、频率都各不相同，所以在设计上必须考虑到各类 用户的不同要求。为了高效率编程，缩减的编程的周期，规划满足用户需求的功 能模块是必须完成的工作。 系统由以下功能模块组成： 数据采集模块 提供用户简便的数据输入手段，将工程相关的数据输入到计算机的过程，结 合用户现有的办公流程，尽量减少用户的输入量，同时具有防错检查功能。 用户输入的数据都以数据库的形式存放在本机数据库中，所以数据采集模块 实质上是将数据输入数据库的模块。这一模块涉及以下三种数据库操作： 1 、新增数据库记录； 2 、修改数据库记录； 3 、删除数据库记录； 所有数据库引擎都支持上述的三种操作，所以选择哪个数据库引擎取决于实 际的编程需要。同时，为了保证本机数据库和服务器数据库保持数据的一致，记 录的删除信息也需要传送到服务器数据库中，所以用简单的一条 d e l e t e ”命令完 成记录的删除是不行的。 图2 2 常见数据库引擎模型d a o ( f o ro d b c ) 第二章远程工程信息平台的设计 图2 3 常见数据库引擎模型d a o ( f o rj e t ) 图2 5 常见数据库引擎模型a d o d a o ( d a t aa c c e s so b j e c t ) 常用于本地数据库的连接，而r d o ( r e m o t ed a t a 第二章远程工程信息平台的设计 o b j e c t ) 用于连接远程o d b c 数据源，以二者为基础建立的a d o ( a c t i v e xd a t a o b j e c t ) 综合了二者的优点，摒弃了一些不安全的功能，是目前最常用的数据库 引擎。系统根据实际的需要先后采用了d a o 和a d o 数据库引擎。 数据交换模块 将用户输入的数据上传至服务器，或者将服务器的数据下载到本地数据库的 过程。从数据的流程中可以看到，数据基本的流向是单向的，是“输入”一) “传 送”一) “分析”一) “汇总”的过程，用户与数据之间发生的交互也大多单向流 动，本地数据和服务器数据之间可以发生延迟，但不会发生覆盖的情况，从而使 得数据分散存储，并通过中央数据库分发成为可能。而且采用这样的数据存储方 式，占用服务器带宽最小。由这样的数据库存储方式决定了数据交换模块分为上 传和下载2 个子模块，并需要有数据压缩手段。 其中，服务器数据的接收和存放方式至关重要，这一方面取决于服务器的硬 件环境和软件平台，另一方面取决于具体的应用要求。系统前后采取了2 种方式： 一是利用f t p 存放数据，在客户端通过数据库同步复制的功能来同步数据；二 是将数据存放在s q ls e r v e r2 0 0 0 内，客户端与服务端通过s o c k e t 通信的方式 传递数据。 用户图形界面 用户图形界面是用户与平台进行交互的界面，大量的数据输入、查询工作都 通过其直观的表达。在用户图形界面模块内，需要确定的是用户使用的流程。 例如用户需要查询某个孔某天的测斜数据，需要按照以下流程操作： 第二章远程工程信息平台的设计 图2 6 查询测斜数据的流程 由此分析，用户需要发生输入2 个查询条件的操作( 孔号和时间) ，为使得 用户减少输入量，这两个查询条件可以通过预先查询数据库给用户备选。在输入 查询条件之后，用户的需求是得到查询的数据、曲线和位置信息( 包括测斜孔的 位置和变形的竖向位置) ，这就需要有输出数据文本信息的模块和图形信息的模 块。 在得到流程之后，就能进行具体的设计了。最终的用户查询测斜数据的界面 如下： 第二章远程工程信息平台的设计 图2 7 用户查询测斜数据界面 3 0 第二章远程工程信息平台的设计 数据转换模块 为减少用户的输入工作，更好地与现场的办公流程相结合，平台需要提供与 现有数据文件的接口，现场可以提供的数据文件有以下类型： 1 、监测的测点布置图( 用c a d 绘制) ； 2 、监测的数据文件( e x c e l 数据报表) ： 3 、监理和施工的w o r d 报表文件； 所以要有以下3 类的数据接口： 1 、读取测点布置图的接口； 用c a d 绘制的测点布置图，系统需要提取以下信息： 1 ) 测点的编号、位置、类型； 2 ) 周围的环境信息； 由此，特规定测点布置图按照以下规则绘制： 1 ) 同一类型的测点放在同一个层内，层名是中文的测点类型； 2 ) 测点的编号用t e x t 命令在图上标出，其左下角为实际的测点位置； 3 ) 测点周围的环境信息绘制在0 层上； 4 ) 测点布置图按1 ：1 0 0 0 比例绘制 从c a d 文件中提取需要的信息有2 个常用的办法： 1 ) 用a u t o c a d1 4 0 以来提供的a c t i v e xo b j e c t 操作，从图纸的模型空 间提取需要的信息；由于这个方法必须在计算机上安装有a u t o c a d1 4 0 以上版本，且读取信息的速度较慢，平台并未采用这个方法； 第二章远程工程信息平台的设计 a u t o c a o a 口一c 幽 p t d a f o 苣 d o 目m 。e h p 1 0 i u 娘p m o d d s 啡e e n l i l i 啦 c k m p a - n s p a e e e n 啦o c o # e e t i o n b l o c k d k g i a r 哪 d i m s “e 6 i o u d h * 咿p e r 唧s 峙e d a 口口 s d e c t i o r , s e t t e 躺恤 一u 鹋 一v 幽 v i e 州x x t h 器。 巨 浯po。r,r,e h 萝 lp e r s 畦m c o l k mo n l y ： lp v b 岬o c 图2 8a u t o c a d 的a c t i v e x 对象结构 2 ) 利用a u t o c a d 公开的d x f 数据格式，从d x f 文件中提取需要的信 d x f 文件的结构如下： 3 2 苎慕孽裟黧蒸|i菱燃 第二章远程工程信息甲台的设计 图2 , 9a u t o c a dd x f 文件结构 图中的l a y e r 、a r c 、c i r c l e 、l i n e 、m l i n e 、m t e x t 、p o i n t 、 t e x t 是系统所要用到段，其组码定义见表2 2 ： 表2 2a u t o c a dd x f 格式组码表 s e c t i o nc o d em e m o l a y e r1 0 0 子类标记( a c d b l a y e r t a b l e r e c o r d ) 2 图层名 7 0 标准标记( 按位编码值) ： l = 冻结图层，否则解冻图层 2 = 默认情况下在新视口中冻结劁层 4 = 锁定图层 1 6 = 如果设置了此位，则表条目外部依赖于外部参照 3 2 ；如果同时设置了此位和位1 6 ，则表明已成功融入了外部依赖 的外部参照 6 4 = 如果设置了此位，则表明在上次编辑图形时，图形中至少有 一个图元参照了表条目。 6 2颜色编号( 如果为负值，则表明图层处于关闭状态) 6线型名 2 9 0 打印标志。如果设置为0 ，则不打印此图层 3 7 0 线宽枚举值 3 9 0 p l o t s t y l e n a m e 对象的硬指针i d 旬柄 a r c1 0 0子类标记( a c d b c i r c l e ) 第二章远程工程信息平台的设计 s e e t i o nc o d em e n l o 3 9厚度( 可选；默认值= 0 ) 1 0中心点( 在o c s 中) d x f ：x 值 2 0 ，3 0d x f ：中心点的y 值和z 值( 在o c s 中) 4 0半径 1 0 0 子类标记( a c d b a r c l 5 0 起点角度 5 l 端点角度 2 1 0拉伸方向( 可选：默认值= 0 ，0 ，1 ) d x f ：x 值 2 2 0 。2 3 0d x f ：拉伸方向的y 值和z 值( 可选) c i r c l e1 0 0 子类标记( a c d b c i r c l e ) 3 9厚度( 可选；默认值= 0 ) 1 0中心点( 在o c s 中) d x f ：x 值 2 0 ，3 0d x f ：中心点的y 值和z 值( 在o c s 中) 4 0半径 2 1 0拉伸方向( 可选；默认值= 0 ，0 ，1 ) d x f ：x 值 2 2 0 ，2 3 0d x f ：拉伸方向的y 值和z 值( 可选) l i n e1 0 0 子类标记( a c d b l i n e ) 3 9厚度( 可选；默认值= 0 ) 1 0韶占( 在w c s 中) d x f ：x 值 2 0 3 0d x f ：起点的y 值和z 值( 在w c s 中) 1 1端点( 在w c s 中) d x f ：x 值 2 1 ，3 1d x f ：端点的y 值和z 值( 在w c s 中) 2 l o拉伸方向( 可选；默认值= 0 ，0 ，1 ) d x f ：x 值 2 2 0 。2 3 0d x f ：拉伸方向的y 值和z 值( 可选) m l n q e1 0 0 子类标记( a e d b m t i n e ) 2最大长度为3 2 个字符的字符串。该多线使用的样式名。 m l i n e s t y l e 词典中必须存在此样式的条目。 如果不同时更新m l i n e s t y l e 词典中的相关条目，则不要修改 该字段。 3 4 0m l i n e s t y l e 对象的指针句柄i d 4 0 缩放比例 7 0对正：0 = 顶端对正；1 = 零点对正；2 = 底端对正 7 1 标志( 按位编码值) ： 1 = 至少有一个顶点( 代码7 2 大于0 ) 2 = 关闭 4 = 禁止起点封口 8 = 禁止端点封口 7 2 顶点数 7 3m l i n e s t y l e 定义中的元素数 1 0起点( 在w c s 中) d x f ：x 值 2 0 ，3 0d x f ：起点的y 值和z 值( 在w c s 中) 2 1 0拉伸方向( 可选：默认值= 0 ，0 ，1 ) d x f ：x 值 第二章远程工程信息平台的设计 s e c t i o n c o d em e m o 2 2 0 ，2 3 0d x f ：拉伸方向的y 值和z 值( 可选) 1 1顶点出标( 多个条目；每个顶点一个条目) d x f ：x 值 2 1 - 3 1d x f ：顶点坐标的y 值和z 值 1 2 从该顶点开始的线段的方向矢量( 多个条目；每个顶点一个条目) d x f ：x 值 2 2 3 2d x f ：从该顶点开始的线段的方向矢量的y 值和z 值 1 3 该顶点的斜接的方向矢量( 多个条目：每个顶点一个条目) d x f ：x 值 2 3 3 3d x f ：斜接的方向矢量的y 值和z 值 7 4 该元素的参数数目( 对线段中的每个元素重复) 4 1元素参数( 根据上个代码7 4 重复) 7 5 该元素的区域填充参数的数日( 对线段中的每个元素重复) 4 2区域填充参数( 根据前一个代码7 5 重复) m t e x t 1 0 0 子类标记( a c d b m t e x t ) 1 0插入点d x f ：x 值 2 0 3 0d x f ：插入点的y 值和z 值 4 0杯称( 初始) 文子向履 4 】 参照矩形宽度 7 1 附着点： l = 左上；2 = 中上；3 = 右上 4 = 左中；5 = 正中：6 = 右中 7 = 左下；8 = 中下：9 = 右下 7 2图形方向： 1 = 从左到右 3 = 从上到下 5 = 随样式( 从相关文字样式继承走向) 1字符串。如果字符串长度小于2 5 0 个字符，所有字符均出现在组1 中。如果字符串长度大于2 5 0 个字符，该字符串将分成长度为2 5 0 个字符的数据块，并显示在一个或多个组3 代码中。如果使用组3 代码，最后一个组将是组1 并且字符数少于2 5 0 个 3附加文字( 始终在长度为2 5 0 个字符的数据块中) ( 可选) 7 文字样式名( 如果未提供，则为“标准”) ( 可选) 2 l o 拉伸方向( 可选；默认值= 0 ，0 ，1 ) d x f ：x 值； 2 2 0 ，2 3 0d x f ：拉伸方向的y 值和z 值( 可选) l lx 轴方向矢量( 在w c s 中) d x f ：x 值； 将作为d x f 输入传递的组码5 0 ( 以弧度为单位的旋转角) 转换 为相等的方向矢量( 如果同时传递代码5 0 和代码1 1 、2 1 、3 1 ， 则对最后一个代码进行转换) 。这是从文字对象转换的一种简便方 法。 2 1 3 1d x f ：x 轴方