復(fù)雜環(huán)境下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)巡檢在現(xiàn)代城市建設(shè)的浪潮中，基坑工程作為高層建筑、地下空間開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到周邊環(huán)境與施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。然而，基坑工程往往處于復(fù)雜多變的地質(zhì)水文條件、密集的城市建筑群以及動(dòng)態(tài)的施工荷載等多重復(fù)雜環(huán)境的交織影響下，傳統(tǒng)的人工巡檢方式因其效率低、主觀性強(qiáng)、覆蓋范圍有限等弊端，已難以滿足高精度、全天候的安全監(jiān)測(cè)需求。在此背景下，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)巡檢技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過融合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、機(jī)器人技術(shù)等前沿科技，實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力、滲流等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)感知與智能分析，為基坑工程的安全預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管控提供了全新的解決方案。一、復(fù)雜環(huán)境對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)巡檢的挑戰(zhàn)基坑工程的“復(fù)雜環(huán)境”并非單一因素的疊加，而是地質(zhì)、周邊、施工、氣候等多維度變量的動(dòng)態(tài)耦合，這對(duì)巡檢工作提出了極高的要求。（一）地質(zhì)水文條件的不確定性地質(zhì)條件的復(fù)雜性是基坑工程面臨的首要挑戰(zhàn)。軟土地區(qū)的高壓縮性與流變性，可能導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生持續(xù)的側(cè)向位移；巖溶發(fā)育區(qū)的溶洞、土洞可能引發(fā)突水突泥或基坑坍塌；而富水砂層則極易因降水不當(dāng)或圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏造成管涌、流砂等險(xiǎn)情。這些地質(zhì)隱患具有隱蔽性強(qiáng)、演化速度快的特點(diǎn)，傳統(tǒng)巡檢難以在第一時(shí)間捕捉到其初期征兆。例如，在某沿海城市地鐵基坑工程中，由于未及時(shí)發(fā)現(xiàn)富水砂層中圍護(hù)樁的微小滲漏，最終導(dǎo)致基坑周邊地面沉降超過預(yù)警值，被迫停工搶險(xiǎn)。（二）周邊環(huán)境的敏感性城市中心區(qū)的基坑工程通常緊鄰既有建（構(gòu)）筑物、地下管線、軌道交通等敏感設(shè)施。支護(hù)結(jié)構(gòu)的任何微小變形都可能通過土體傳遞，對(duì)周邊環(huán)境造成連鎖影響。例如，基坑開挖引起的土體應(yīng)力釋放可能導(dǎo)致鄰近建筑物墻體開裂、地下管線破裂；而支護(hù)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)則可能干擾精密儀器設(shè)備的正常運(yùn)行。這要求巡檢工作不僅要關(guān)注支護(hù)結(jié)構(gòu)本身，還要對(duì)周邊環(huán)境的沉降、傾斜、裂縫等進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)量與分析難度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。（三）施工過程的動(dòng)態(tài)干擾基坑施工是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，從土方開挖、支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝到主體結(jié)構(gòu)施工，荷載條件、受力狀態(tài)均在不斷變化。大型施工機(jī)械的頻繁作業(yè)、堆載的臨時(shí)變化、混凝土養(yǎng)護(hù)的溫濕度波動(dòng)等，都會(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力與變形產(chǎn)生瞬時(shí)或累積影響。傳統(tǒng)巡檢的周期性（如每日一次）難以覆蓋施工過程中的瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)，例如，在基坑開挖至設(shè)計(jì)深度時(shí)，若遭遇暴雨天氣，雨水的大量滲入可能迅速改變土體的物理力學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力驟增，而人工巡檢可能因天氣原因或時(shí)間差而錯(cuò)過最佳處置時(shí)機(jī)。（四）極端氣候與自然災(zāi)害的威脅臺(tái)風(fēng)、暴雨、地震等極端氣候與自然災(zāi)害對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成嚴(yán)峻考驗(yàn)。強(qiáng)降雨可能導(dǎo)致基坑積水，增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的浮力荷載；臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)風(fēng)可能對(duì)臨時(shí)支撐體系造成破壞；而地震則可能直接導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的脆性破壞或整體失穩(wěn)。這些突發(fā)事件具有不可預(yù)測(cè)性，要求巡檢系統(tǒng)具備全天候、高可靠性的運(yùn)行能力，并能在災(zāi)害發(fā)生后迅速評(píng)估結(jié)構(gòu)損傷。二、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)巡檢技術(shù)體系的構(gòu)建面對(duì)復(fù)雜環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，自動(dòng)巡檢技術(shù)通過“感知-傳輸-分析-決策”的閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)全生命周期的智能化監(jiān)測(cè)與管理。（一）多源異構(gòu)感知網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)采集的“神經(jīng)末梢”自動(dòng)巡檢的核心在于構(gòu)建一個(gè)覆蓋全面、精度可靠的多源感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)捕捉支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的物理參數(shù)。傳感器技術(shù)：應(yīng)變傳感器：如光纖光柵應(yīng)變計(jì)、振弦式應(yīng)變計(jì)，用于監(jiān)測(cè)支護(hù)樁、連續(xù)墻、支撐梁等結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，判斷其是否處于彈性工作階段。位移傳感器：包括測(cè)斜儀（監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移）、靜力水準(zhǔn)儀（監(jiān)測(cè)基坑及周邊建筑物的沉降）、GNSS接收機(jī)（監(jiān)測(cè)地表及建筑物的三維位移），能夠精確到毫米級(jí)。滲流監(jiān)測(cè)傳感器：如滲壓計(jì)、流量計(jì)，用于監(jiān)測(cè)基坑內(nèi)外水位差、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲水量與滲透壓力，預(yù)警管涌、流砂風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器：包括溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向儀、雨量計(jì)等，用于采集環(huán)境參數(shù)，為結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析提供背景信息。移動(dòng)巡檢機(jī)器人：地面輪式/履帶式機(jī)器人：配備高清攝像頭、紅外熱成像儀、激光雷達(dá)等設(shè)備，可在基坑周邊及內(nèi)部非開挖區(qū)域自主行走，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)表面裂縫、滲漏、變形進(jìn)行視覺與熱成像檢測(cè)。其優(yōu)勢(shì)在于能夠進(jìn)入人工難以到達(dá)的危險(xiǎn)區(qū)域（如基坑底部、狹窄作業(yè)面）。無(wú)人機(jī)（UAV）：搭載高分辨率相機(jī)、多光譜相機(jī)或激光雷達(dá)，用于對(duì)基坑邊坡、支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部及周邊建筑物進(jìn)行大范圍、高頻率的航拍巡檢。通過三維建模技術(shù)，可快速生成基坑及周邊環(huán)境的數(shù)字孿生模型，直觀展示變形趨勢(shì)。地下管廊機(jī)器人：針對(duì)基坑周邊的地下管線，可采用管道機(jī)器人進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)，排查因基坑施工引起的管線變形、破裂、堵塞等問題。（二）智能數(shù)據(jù)傳輸與處理平臺(tái)：信息流轉(zhuǎn)的“中樞神經(jīng)”多源感知設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)需要通過高效、可靠的傳輸網(wǎng)絡(luò)匯聚到數(shù)據(jù)中心，并進(jìn)行清洗、融合與分析。數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：有線傳輸：適用于固定傳感器，如光纖、以太網(wǎng)，具有傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。無(wú)線傳輸：包括LoRa、NB-IoT、5G等技術(shù)，適用于移動(dòng)巡檢機(jī)器人、臨時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)等。5G技術(shù)的低時(shí)延、大帶寬特性，為高清視頻、實(shí)時(shí)控制指令的傳輸提供了保障。數(shù)據(jù)處理平臺(tái)：數(shù)據(jù)清洗與融合：利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、補(bǔ)全、格式轉(zhuǎn)換，消除不同傳感器之間的系統(tǒng)誤差，并將結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、施工進(jìn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空融合，構(gòu)建完整的“數(shù)據(jù)畫像”。邊緣計(jì)算與云計(jì)算協(xié)同：對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如位移突變），可在傳感器或邊緣網(wǎng)關(guān)處進(jìn)行初步分析與預(yù)警；而對(duì)于需要長(zhǎng)期趨勢(shì)分析、多工況對(duì)比的數(shù)據(jù)，則上傳至云端進(jìn)行深度學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)挖掘。（三）智能分析與預(yù)警模型：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的“智慧大腦”數(shù)據(jù)的價(jià)值在于分析與應(yīng)用。自動(dòng)巡檢系統(tǒng)通過構(gòu)建智能分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的自動(dòng)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。基于數(shù)值模擬的預(yù)測(cè)模型：利用有限元法（FEM）、離散元法（DEM）等數(shù)值模擬技術(shù)，建立基坑工程的三維地質(zhì)-結(jié)構(gòu)耦合模型。將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（如位移、應(yīng)力）作為模型的輸入?yún)?shù)，反演土體的物理力學(xué)性質(zhì)，并預(yù)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)在后續(xù)施工或環(huán)境變化下的響應(yīng)。例如，通過將測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)到的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移數(shù)據(jù)代入模型，可反算出基坑外側(cè)土壓力的分布規(guī)律，為支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的異常識(shí)別模型：利用長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）等機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對(duì)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，構(gòu)建正常狀態(tài)下的“數(shù)據(jù)基線”。當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏離基線超過設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警。例如，通過分析支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)的時(shí)序特征，LSTM模型能夠識(shí)別出因材料疲勞或局部損傷引起的應(yīng)變異常增長(zhǎng)，并區(qū)分其與施工荷載變化引起的正常波動(dòng)。圖像識(shí)別技術(shù)：對(duì)移動(dòng)巡檢機(jī)器人、無(wú)人機(jī)采集的圖像、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析。通過CNN模型，可自動(dòng)識(shí)別支護(hù)結(jié)構(gòu)表面的裂縫寬度、長(zhǎng)度、走向，以及滲漏點(diǎn)的位置、范圍、流量。例如，某AI裂縫識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別精度可達(dá)0.1mm，遠(yuǎn)高于人工肉眼觀測(cè)。多指標(biāo)融合預(yù)警模型：?jiǎn)我槐O(jiān)測(cè)指標(biāo)的異常可能由多種因素引起，存在誤報(bào)風(fēng)險(xiǎn)。多指標(biāo)融合預(yù)警模型通過綜合分析位移、應(yīng)力、滲流、環(huán)境等多維度數(shù)據(jù)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法或貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等方法，對(duì)基坑安全狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警（如藍(lán)色、黃色、橙色、紅色）。例如，當(dāng)監(jiān)測(cè)到圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移速率超過預(yù)警值，同時(shí)伴隨周邊建筑物沉降加劇、滲水量突增時(shí)，系統(tǒng)可判定為高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，立即觸發(fā)紅色預(yù)警。三、自動(dòng)巡檢技術(shù)在復(fù)雜環(huán)境基坑工程中的應(yīng)用實(shí)踐自動(dòng)巡檢技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外多個(gè)復(fù)雜環(huán)境下的基坑工程中得到成功應(yīng)用，顯著提升了安全管理水平與應(yīng)急響應(yīng)能力。（一）超深基坑工程中的應(yīng)用在某城市超高層建筑基坑工程中，基坑開挖深度達(dá)35米，周邊緊鄰多條城市主干道與地下管線。項(xiàng)目采用了**“光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)+地面巡檢機(jī)器人+無(wú)人機(jī)”**的立體監(jiān)測(cè)方案。光纖光柵應(yīng)變計(jì)被植入地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其應(yīng)力變化；地面巡檢機(jī)器人沿基坑周邊預(yù)設(shè)軌道行走，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面裂縫、滲漏進(jìn)行每日兩次的自動(dòng)巡查；無(wú)人機(jī)則每周對(duì)基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行一次航拍，生成三維點(diǎn)云模型，對(duì)比分析地面沉降與建筑物傾斜情況。通過該系統(tǒng)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提前兩周預(yù)測(cè)到了因土方開挖過快導(dǎo)致的內(nèi)支撐軸力異常增長(zhǎng)，并及時(shí)調(diào)整了開挖順序與支撐預(yù)應(yīng)力，避免了支撐結(jié)構(gòu)的過載破壞。（二）鄰近地鐵線路的基坑工程中的應(yīng)用在某地鐵換乘站基坑工程中，基坑邊緣距離運(yùn)營(yíng)地鐵隧道僅5米。為確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全，項(xiàng)目引入了**“GNSS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)+微震監(jiān)測(cè)+振動(dòng)監(jiān)測(cè)”的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)。GNSS接收機(jī)以1Hz的頻率采集隧道結(jié)構(gòu)的三維位移數(shù)據(jù)，精度達(dá)±2mm；微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則通過布置在隧道周邊的拾震器，捕捉因基坑開挖引起的微小巖體破裂信號(hào)**；振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀則對(duì)施工機(jī)械作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保其峰值加速度不超過地鐵安全限值。系統(tǒng)通過建立地鐵隧道位移與基坑開挖步序的關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道變形的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。當(dāng)預(yù)測(cè)變形接近預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向施工管理人員發(fā)送預(yù)警信息，指導(dǎo)其調(diào)整施工參數(shù)。整個(gè)施工過程中，地鐵隧道的累計(jì)位移控制在5mm以內(nèi)，確保了運(yùn)營(yíng)安全。（三）巖溶發(fā)育區(qū)基坑工程中的應(yīng)用在某巖溶發(fā)育區(qū)的地下綜合管廊基坑工程中，為應(yīng)對(duì)巖溶地質(zhì)的不確定性，項(xiàng)目采用了**“地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)+分布式光纖滲流監(jiān)測(cè)+應(yīng)急響應(yīng)機(jī)器人”的自動(dòng)巡檢方案。地質(zhì)雷達(dá)在基坑開挖前對(duì)掌子面前方進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)**，探明溶洞、土洞的位置與規(guī)模；分布式光纖滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)布置，通過監(jiān)測(cè)滲流引起的溫度場(chǎng)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)滲漏點(diǎn)的精確定位與滲水量的定量分析；應(yīng)急響應(yīng)機(jī)器人則配備了高壓注漿設(shè)備，可在滲漏險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)迅速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行封堵作業(yè)。該系統(tǒng)成功預(yù)警并處置了3次小規(guī)模溶洞突水事件，保障了基坑工程的順利推進(jìn)。四、自動(dòng)巡檢技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與展望盡管基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)自動(dòng)巡檢技術(shù)已取得顯著進(jìn)展，但在復(fù)雜環(huán)境下仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其未來(lái)發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：（一）“空-天-地-井”一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)將進(jìn)一步整合衛(wèi)星遙感（天）、航空攝影（空）、地面監(jiān)測(cè)（地）、地下探測(cè)（井）等多維度感知手段，構(gòu)建全方位、無(wú)死角的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。例如，利用InSAR衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)大范圍區(qū)域的地面沉降進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)；通過無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)掃描獲取基坑及周邊環(huán)境的高精度三維模型；結(jié)合地面機(jī)器人的精細(xì)化檢測(cè)與地下鉆孔測(cè)斜儀的深層位移監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑工程從宏觀到微觀、從地表到地下的全空間覆蓋。（二）數(shù)字孿生與元宇宙技術(shù)的深度融合數(shù)字孿生技術(shù)通過構(gòu)建物理實(shí)體的虛擬鏡像，實(shí)現(xiàn)對(duì)其全生命周期的數(shù)字化映射與智能化管理。未來(lái)，基坑工程的數(shù)字孿生模型將與元宇宙技術(shù)深度融合，用戶可通過VR/AR設(shè)備“沉浸式”進(jìn)入虛擬基坑場(chǎng)景，直觀查看支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖、位移矢量、滲流路徑等關(guān)鍵信息，并與歷史數(shù)據(jù)、模擬結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。這不僅為工程管理人員提供了全新的決策支持方式，也為施工人員的安全培訓(xùn)、應(yīng)急演練提供了逼真的虛擬環(huán)境。（三）自學(xué)習(xí)與自適應(yīng)的智能決策系統(tǒng)隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)巡檢系統(tǒng)的“大腦”將更加智能。未來(lái)的系統(tǒng)將具備自學(xué)習(xí)能力，能夠從海量的工程案例中自動(dòng)提取風(fēng)險(xiǎn)演化規(guī)律與處置經(jīng)驗(yàn)，并不斷優(yōu)化自身的預(yù)警模型與決策算法。同時(shí)，系統(tǒng)將具備自適應(yīng)能力，能夠根據(jù)基坑工程的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、施工階段等動(dòng)態(tài)調(diào)整監(jiān)測(cè)參數(shù)、采樣頻率與預(yù)警閾值。例如，在基坑開挖至關(guān)鍵深度時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)提高位移監(jiān)測(cè)的采樣頻率，并強(qiáng)化對(duì)周邊敏感建筑物的監(jiān)測(cè)力度。（四）無(wú)人化與自主化的應(yīng)急響應(yīng)未來(lái)的自動(dòng)巡檢系統(tǒng)將不僅僅是“監(jiān)測(cè)者”，更將成為“處置者”。通過集成自主導(dǎo)航機(jī)器人、智能注漿設(shè)備、快速支護(hù)模塊等，系統(tǒng)可在預(yù)警信息觸發(fā)后，自動(dòng)規(guī)劃最優(yōu)路徑，派遣應(yīng)急響應(yīng)機(jī)器人前往風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行初期處置。例如，當(dāng)監(jiān)測(cè)到圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏時(shí)，機(jī)器人可自動(dòng)定位滲漏點(diǎn)，并啟動(dòng)高壓注漿系統(tǒng)進(jìn)行封堵；當(dāng)發(fā)現(xiàn)基坑邊坡有失穩(wěn)跡象時(shí)，機(jī)器人可快速布設(shè)臨時(shí)支撐或噴射混凝土