ISO 18674-82023 岩土工程勘察和试验现场仪器的岩土工程监测第8部分荷载测量测压元件标准立项发展报告

岩土工程勘察和试验现场仪器的岩土工程监测第8部分：荷载测量：测压元件标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Geotechnicalinvestigationandtesting—Geotechnicalmonitoringbyfieldinstrumentation—Part8:Measurementofloads:Loadcells摘要随着全球基础设施建设的持续推进与地下空间开发规模的不断扩大，岩土工程监测作为保障工程安全、验证设计参数和实现信息化施工的关键技术手段，其标准化需求日益迫切。荷载测量作为岩土工程现场监测的核心组成部分，直接关系到支护结构受力状态评估、隧道及基坑工程安全预警等重大技术决策。本报告以国际标准化组织（ISO）发布的ISO18674-8:2023《岩土工程勘察和试验现场仪器的岩土工程监测第8部分：荷载测量：测压元件》为研究对象，系统阐述该标准的立项背景、编制历程、技术内容及核心指标要求。该标准由ISO/TC182（岩土工程技术委员会）归口管理，联合全球多个成员国专家共同制定，于2023年9月14日正式发布实施。本报告重点分析了测压元件的分类体系、性能要求、校准方法与现场安装技术规范，并深入解析了该标准在深基坑支护、桥梁基础、隧道工程等典型应用场景中的工程指导价值。同时，报告介绍了主要起草单位的专业背景与贡献，并对标准未来修订方向和技术发展趋势进行了展望。关键词：岩土工程监测；荷载测量；测压元件；国际标准；ISO18674；现场仪器；工程安全Keywords:Geotechnicalmonitoring;Loadmeasurement;Loadcells;Internationalstandards;ISO18674;Fieldinstrumentation;Engineeringsafety一、引言1.1研究背景岩土工程作为土木工程的重要分支，涉及建筑物基础、边坡治理、隧道开挖、基坑支护等众多领域。随着城市化进程加速推进，工程项目呈现出规模大、深度深、环境复杂等特点，地质条件的复杂性和不确定性使得岩土工程风险管控面临严峻挑战。现场监测作为贯穿岩土工程设计、施工和运营全过程的"眼睛"，能够实时获取岩土体及结构受力变形数据，是支撑工程安全决策的科学依据。荷载（Load）是岩土工程结构设计中最为关键的力学参数之一。无论是基坑支撑体系的轴力、锚索的预应力、桩基的承载力，还是隧道衬砌的接触压力，其精确测量都直接关系到结构安全判定和施工方案优化。测压元件（Loadcells）作为将力学信号转换为可量化电信号的传感器设备，是荷载测量系统的核心部件。然而，长期以来，测压元件在岩土工程领域的应用面临着一系列标准化困境：不同制造商的产品性能指标参差不齐、校准方法难以统一、安装操作缺乏规范指导、数据采集与处理标准缺失等问题，严重制约了监测成果的可靠性和可比性。1.2标准制定必要性20世纪末至21世纪初，欧洲各国及美国、日本等发达国家陆续建立了各自的岩土工程监测技术标准，但在测压元件这一细分领域，尚缺乏全球统一的国际标准。不同标准体系在测压元件的分类方法、精度等级划分、校准规程和适用条件等方面存在显著差异，导致跨国工程项目的监测方案编制、设备选型和数据互认面临重重困难。此外，随着"一带一路"倡议的深入实施和全球基础设施互联互通需求的增长，制定统一的国际标准已成为消除技术壁垒、促进国际合作的重要基础。在此背景下，国际标准化组织岩土工程技术委员会（ISO/TC182）于2017年前后启动了ISO18674系列标准的制定工作，旨在建立一套完整的岩土工程现场仪器监测国际标准体系。该系列标准按照监测物理量类型进行了系统划分，其中第8部分专门针对荷载测量中的测压元件应用进行规范，以填补测压元件在岩土工程监测领域应用标准的国际空白。1.3标准基本信息本报告所研究的标准编号为ISO18674-8:2023，于2023年9月14日正式发布，分类归属于土方工程、挖掘、地基构造和地下工程领域。该标准由国际标准化组织（ISO）发布，语言版本为英文。标准内容涵盖测压元件的术语定义、分类、性能参数、校准方法、安装与埋设技术、数据采集与质量评定等全流程技术环节。二、标准编制过程2.1立项依据ISO18674-8的制定基于以下立项依据：-技术需求：岩土工程界对测压元件从理论选型到现场应用全流程标准化操作的迫切需求-产业需求：测压元件制造商、监测服务商、工程建设单位对统一产品性能评价体系的期盼-政策需求：多国政府监管部门和行业协会对提高岩土工程安全监测质量的制度安排-国际协调需求：消除各国在岩土工程监测技术标准上的差异，推动国际间技术互认和数据共享2.2起草历程ISO18674-8的编制历经了严谨且充分协商的国际标准制定程序。2018年，ISO/TC182在年度全体大会上正式提出该项标准制定提案，经过各成员国投票获得通过。随后，来自德国、中国、英国、日本、法国、瑞士、挪威等多个国家的注册专家组成工作组（WG），共同参与标准起草。工作组先后召开了多次线下及线上国际会议，对标准框架、核心技术条款、附录内容等进行了逐项讨论和修改。2020年，标准进入委员会草案（CD）阶段，经过多轮意见征集和修订后形成国际标准草案（DIS）。2022年底至2023年初，标准进入最终国际标准草案（FDIS）表决阶段，各成员国进行最后投票和意见确认。最终，该标准于2023年9月14日经ISO中央秘书处正式出版发布，标准状态为现行。三、标准主要内容3.1标准范围界定ISO18674-8:2023明确规定，该标准适用于岩土工程现场监测中对结构构件或岩土体中所承受荷载（拉力或压力，亦包括锚杆或锚索的预应力）进行测量和监测的活动。标准涵盖以下方面：-测压元件系统的选型原则与适用性评估-测压元件的基本性能要求（量程、灵敏度、线性度、迟滞、重复性等）-测压元件的实验室校准方法与程序-现场安装、埋设与保护的技术要求-数据采集、记录、处理及质量评定的规范该标准适用于基坑支撑轴力监测、锚杆（索）预应力监测、桩基荷载试验、隧道盾构推力监测、桥梁支座反力监测等各类岩土工程监测场景。3.2测压元件分类体系标准按照测力原理和结构形式，将岩土工程用测压元件分为以下主要类型：-应变式测压元件：利用弹性元件受力变形产生的应变效应，通过粘贴于其上的电阻应变计将力学量转化为电学量，是目前应用最为广泛的测压元件类型-振弦式测压元件：利用张紧钢弦的振动频率与张力之间的关系，通过测量受力后的频率变化确定荷载大小，具有良好的长期稳定性，特别适用于长期监测场景-压阻式测压元件：基于压阻效应，利用半导体或薄膜应变电阻的压阻特性进行测量，具有灵敏度高的特点-电容式测压元件：通过受力时电容极板间距变化引起电容值的改变来实现荷载测量上述分类体系为工程选型提供了明确的技术依据，有助于根据具体工程条件和监测需求合理选择测压元件类型。3.3关键技术指标标准对测压元件的关键技术指标提出了明确要求，主要包括：|指标名称|基本要求|说明||---------|---------|------||量程|应根据预估最大荷载确定，宜留有20%~30%的余量|确保测量覆盖全工况范围||综合精度|应不低于±0.5%F·S|综合非线性、迟滞、重复性误差||分辨率|应不大于0.1%F·S|确保能够分辨微小荷载变化||长期稳定性|年漂移量不超过±0.5%F·S|适用于长期监测项目||温度影响|温度补偿后零漂和灵敏度温度系数需满足设计要求|适应现场环境温度变化范围||防水防尘等级|不低于IP67|满足岩土工程恶劣环境使用要求|3.4校准与验收要求ISO18674-8高度重视测压元件的校准工作，对校准设备和程序做出了系统规定：-校准设备：校准用标准测力仪精度应不低于被校测压元件精度等级的3倍-校准环境：应控制在校准温度（20±2）℃，相对湿度不大于80%的条件下进行-加载规程：按照预载、逐级加载、逐级卸载的循环程序进行，加载级数不少于5级-校准结果处理：应给出校准曲线、灵敏系数及不确定度评定报告-复校周期：建议每年至少进行一次复校，经历剧烈冲击或大修后应立即复校3.5关键创新与特色ISO18674-8引入了多项技术创新亮点，使其区别于该类标准的传统制定思路：-系统化监测理念：强调测压元件作为"荷载测量系统"的重要组成部分，而非孤立的传感器产品，统筹考虑传感器、采集设备和数据处理系统的整体性能-分级精度体系：针对不同工程风险等级和监测目的，引入分级精度要求的概念-全生命周期质量保障：将校准、安装、保护、数据采集和后期维护纳入整体质量管理框架-多类型兼容设计：同时覆盖应变式、振弦式等多种测压元件类型，适应不同应用需求这些创新使得标准既具备广泛的适用指导性，又在具体技术细节上保持了足够的科学严谨性。四、标准应用分析4.1工程应用场景ISO18674-8的应用范围涵盖岩土工程的多个重要场景：深基坑工程：在基坑支撑体系中，通过测压元件实时监测钢支撑或混凝土支撑的轴力变化，及时发现支撑体系受力异常，防止支撑失稳引发的基坑坍塌事故。标准中规定的安装工艺和数据采集方法为提高基坑监测数据准确性提供了直接的技术依据。锚固工程：在边坡治理、基坑支护和隧道工程中广泛应用的锚杆、锚索是预应力结构，其预应力的施加效果和长期损失情况直接关系到支护效果。测压元件被安装于锚头或锚固段，用于监测锚固体系受力状态。ISO18674-8对锚索测力计的选择和安装提出了明确要求，为锚固工程质量验收提供了支撑。桥梁工程：在桥梁基础、支座和上部结构关键部位，通过测压元件监测支座反力和基础受力变化，评估结构安全状态。标准为桥梁健康监测系统中测压元件的选型和校准提供了统一的国际参考。隧道与地下工程：盾构隧道施工中管片受力监测、矿山法隧道初期支护受力监测等均依赖于高精度荷载测量，标准为相关的监测方案设计提供了依据。4.2标准应用价值-统一技术基准：该标准的发布为全球岩土工程荷载测量提供了统一的技术基准，不同实验室和不同工程之间的测试结果具有了可比性，为国际工程合作中的数据互认创造了有利条件-提升工程质量：标准中严格的校准和质量控制要求，有助于减少因荷载测量数据失准引发的工程安全隐患，推动岩土工程监测质量整体提升-促进技术交流：通过标准制定过程中的国际协作，促进了各国在岩土工程监测领域的经验分享和技术交流，推动了先进测压元件制造技术在全球范围的推广-引导产业升级：标准对测压元件性能指标和校准方法的高要求，将推动行业淘汰落后产能，引导制造商加大研发投入，提升产品技术水平和国际竞争力五、主要起草单位介绍ISO18674-8的制定汇聚了全球多个专业的岩土工程和标准化技术机构的力量。其中，德国联邦材料研究与测试研究所（BAM）作为ISO/TC182的活跃成员和技术核心单位，在该标准的编制过程中发挥了关键性的主导作用。德国联邦材料研究与测试研究所（BundesanstaltfürMaterialforschungund-prüfung，简称BAM）是德国联邦政府直属的科学技术研究机构，隶属于德国联邦经济事务和能源部，总部位于柏林。BAM成立于1871年，拥有超过150年的材料科学与工程安全检测历史，是欧洲乃至全球材料研究和工程安全评估领域最具权威性的机构之一。BAM的核心使命是通过科学研究、技术测试、标准化和认证服务，提升工程材料、构件和系统的安全性、可靠性和可持续性。在岩土工程领域，BAM长期致力于地质灾害防治技术、岩土工程监测技术、地下工程安全评估等方面的专项研究。其建筑科学和岩土工程分部配备了世界领先的实验设备和专业技术团队，在测压元件计量校准、岩土工程传感器性能评估、现场监测方案设计等方面积累了大量的前沿研究成果和丰富的工程实践经验。BAM设有DakkS（德国认可委员会）认可的力学校准实验室，能够对各类测压元件进行高精度的量值溯源与校准服务。在ISO18674-8标准的编制过程中，BAM专家团队牵头承担了标准框架的搭建和技术内容的核心编制工作，特别是在测压元件分类体系、校准方法验证和性能指标确定方面做出了主要贡献。BAM依托其深厚的计量学基础和岩土工程实践经验，为标准的科学性和严谨性提供了关键的技术保障。同时，BAM还积极参与了ISO/TC182的多项其他标准制定项目，在全球岩土工程标准化工作中发挥着重要引领作用。此外，来自中国的多家科研机构和企业也深度参与了该标准的制定工作。中国铁道科学研究院集团有限公司、中国科学院武汉岩土力学研究所、中国建筑科学研究院有限公司等单位作为中国专家团队成员，积极参与了各阶段的技术讨论和意见反馈工作，为标准的编制贡献了中国工程实践经验和科研智慧，提升了中国在全球岩土工程监测标准化领域的话语权和影响力。六、结论与展望ISO18674-8:2023作为岩土工程现场仪器监测系列标准的重要组成部分，填补了荷载测量领域国际标准的空白，为全球岩土工程监测实践提供了统一、规范且具有前瞻性的技术指引。该标准在测压元件分类体系、性能指标、校准方法、安装技术等方面实现了系统化规范，体现了现代岩土工程监测技术从经验性操作向标准化、精细化方向发展的必然趋势。展望未来，ISO18674-8的发布将产生深远的多维度影响：技术发展层面，随着物联网、云计算和人工智能技术的快速发展，岩土工程监测正加速向自动化、智能化和数字化方向转型。ISO18674-8所确立的标准化框架为新技术的集成应用提供了坚实基础，未来标准修订中还需进一步考虑智能传感器自诊断、无线数据传输、远程校准等新技术的要求。同时，基于光纤传感的新型测压元件技术逐渐成熟，其在分布式测量和多参量感知方面具有显著优势，有望在后续标准修订中被纳入。标准体系完善层面，ISO18674系列标准仍在持续扩展之中。继荷载测量部分发布之后，孔隙水压力测量、土压力测量、位移测量等系列标准亦将陆续出台，共同形成覆盖岩土工程主要监测物理量的完整标准体系。各分标准之间的协调与衔接将是后续标准化工作的重点之一。国际合作层面，我国作为全球基础设施建设大国，应积极推动ISO18674-8在国内的转化应用和本地化标准制定工作，同时加强在ISO/TC182框架下的参与深度，将中国工程实践中的成熟经验和创新成果更多融入国际标准之中，为全球岩土工程安全监测事业贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO18674-8:2023,Geotechnicalinvestigationandtesting—Geotechnicalmonitoringbyfieldinstrumentation—Part8:Mea