摘要

廣東省因復(fù)雜的地形地貌與亞熱帶季風(fēng)氣候影響，邊坡失穩(wěn)與基坑坍塌風(fēng)險突出。隨著粵港澳大灣區(qū)建設(shè)加速，傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)難以應(yīng)對動態(tài)變形、空間限制及惡劣環(huán)境挑戰(zhàn)。晨穹公司研發(fā)的線纜式全柔性傾角儀，通過高分子復(fù)合纖維材料、分布式MEMS傳感網(wǎng)絡(luò)及抗干擾算法，實(shí)現(xiàn)了毫米級精度與連續(xù)場監(jiān)測能力。工程實(shí)踐表明，該技術(shù)可提前預(yù)警漸進(jìn)式變形，降低45%運(yùn)維成本，并支持多參數(shù)數(shù)據(jù)融合分析。結(jié)合廣東省“十四五”地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃，柔性傳感技術(shù)將推動工程安全監(jiān)測向“數(shù)字孿生”模式演進(jìn)，為智能建造與城市安全提供核心支撐。

關(guān)鍵詞

邊坡監(jiān)測；基坑工程；全柔性傾角儀；地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警；

隨著我國城市建設(shè)和工程建設(shè)的快速發(fā)展，公路、鐵路、礦山、水利等部門都涉及到大量的邊坡與基坑問題 ，且涉及范圍非常廣泛 。基坑工程在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中仍將占據(jù)重要地位 。然而，隨著基坑工程進(jìn)一步向大深度、大面積、 周邊環(huán)境更加復(fù)雜的方向發(fā)展 ，基坑開挖施工風(fēng)險高、施工難度大。近年來基坑工程事故不斷，主要表現(xiàn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞 ，基坑塌方以及大面積滑坡，基坑四周道路開裂與塌陷，相鄰地下設(shè)施變位與破壞，臨近建（構(gòu)）筑物開裂與倒塌。隨著粵港澳大灣區(qū)城市群建設(shè)加速，高層建筑、軌道交通、地下管廊等工程密集施工，邊坡與基坑的安全監(jiān)測已成為工程領(lǐng)域的核心痛點(diǎn)。其地形復(fù)雜多樣，山地、臺地、沖積平原交錯分布，加之亞熱帶季風(fēng)氣候帶來的強(qiáng)降雨頻發(fā)，使得邊坡失穩(wěn)、基坑坍塌等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險顯著。2021年全省新增地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)中，邊坡與基坑問題占比達(dá)63%（數(shù)據(jù)來源：廣東省自然資源廳）。傳統(tǒng)點(diǎn)式監(jiān)測設(shè)備受限于剛性結(jié)構(gòu)與低時空分辨率，難以滿足復(fù)雜工程需求。本文以晨穹線纜式全柔性傾角儀為研究對象，探討其技術(shù)特性在廣東省城市建設(shè)、工程建設(shè)應(yīng)用價值。

一、廣東邊坡/基坑監(jiān)測的特殊挑戰(zhàn)

1.地質(zhì)脆弱性 

   珠江三角洲軟土、粵北風(fēng)化巖層等復(fù)雜地層易受降水滲透影響，傳統(tǒng)剛性傳感器難以適應(yīng)土體微變形導(dǎo)致的安裝結(jié)構(gòu)破壞。  

2.空間限制 

   城市密集區(qū)基坑常毗鄰既有建筑，監(jiān)測設(shè)備需具備毫米級精度與微小位移捕捉能力，而常規(guī)傾角儀受制于剛性結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生監(jiān)測盲區(qū)。

3.動態(tài)監(jiān)測需求 

   臺風(fēng)季單日降雨量可達(dá)300mm以上，要求監(jiān)測系統(tǒng)具備分鐘級響應(yīng)能力，傳統(tǒng)人工巡檢存在嚴(yán)重滯后風(fēng)險。

二、晨穹線纜式全柔性傾角儀的技術(shù)突破

全柔性傾角儀是一種高精度、高靈敏度的傾斜角度測量設(shè)備，采用柔性材料與傳感器技術(shù)結(jié)合，適用于復(fù)雜地形和動態(tài)環(huán)境下的長期監(jiān)測。產(chǎn)品核心優(yōu)勢在于柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計，工作原理是通過MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）或光纖技術(shù)，結(jié)合加速度計、陀螺儀等元件，實(shí)時感知物體相對于重力方向的姿態(tài)變化，可適應(yīng)彎曲、扭轉(zhuǎn)等形變場景的連續(xù)監(jiān)測，輸出角度數(shù)據(jù)。安裝更方便，監(jiān)測更全面，精度更高，還可結(jié)合加速度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)動態(tài)姿態(tài)實(shí)時分析。

技術(shù)突破

1、材料革新

  采用高分子復(fù)合纖維纜體，可隨土體變形自主貼合，避免傳統(tǒng)金屬傳感器因形變導(dǎo)致的測量失真。其全柔性基于仿生學(xué)原理設(shè)計的纜體（彈性模量≤2GPa），可承受200%拉伸形變。

2、多節(jié)點(diǎn)感知網(wǎng)絡(luò)（高精度和動態(tài)測量）

采用溫度補(bǔ)償算法和濾波技術(shù)，測量精度達(dá)±0.01°，分辨率0.001°， 消除振動、電磁干擾影響，支持多軸傾斜監(jiān)測。支持多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)監(jiān)測，覆蓋大范圍監(jiān)測區(qū)域。 適用于寬溫、振動等復(fù)雜環(huán)境（如車輛運(yùn)動、機(jī)械振動）。支持高頻采樣（如100Hz以上），適用于運(yùn)動狀態(tài)下的實(shí)時姿態(tài)監(jiān)測，相比點(diǎn)式傳感器監(jiān)測覆蓋率提升400%。

3、小型化與集成化

 MEMS技術(shù)推動傳感器體積縮?。蛇_(dá)硬幣大小），通過電路設(shè)計，將所有元器件集成于61mm×14mm×9mm的小型結(jié)構(gòu)內(nèi)，重量輕，且功耗低，便于嵌入復(fù)雜設(shè)備或狹小空間，體積較傳統(tǒng)設(shè)備縮減70%以上。在空間敏感場景中實(shí)現(xiàn)“無感化監(jiān)測”適合長期無人值守場景。  

三、工程建設(shè)實(shí)踐中的價值

1、預(yù)警前置化，可提前捕捉到漸進(jìn)式傾斜并出發(fā)預(yù)警系統(tǒng)，避免經(jīng)濟(jì)損失造成的整體滑移事故，較傳統(tǒng)設(shè)備靈敏度提升6～8倍。

2、成本優(yōu)化，柔性部署特性使單項目傳感器用量減少60%，配合LoRa無線組網(wǎng)技術(shù)，綜合運(yùn)維成本降低45%。

3、數(shù)據(jù)融合應(yīng)用，通過對接BIM管理平臺，實(shí)現(xiàn)傾斜數(shù)據(jù)與地下水位、土壓力等多參數(shù)耦合分析，為支護(hù)結(jié)構(gòu)動態(tài)調(diào)參提供決策支持。

四、行業(yè)發(fā)展趨勢

隨著《廣東省地質(zhì)災(zāi)害防治"十四五"規(guī)劃》的實(shí)施，智能監(jiān)測設(shè)備滲透率正以年均27%的速度增長。晨穹研發(fā)的線纜式全柔性傾角儀解決了廣東特殊地質(zhì)條件下的監(jiān)測難題，其“感知-分析-決策”閉環(huán)體系為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)提供了安全保障范式。該技術(shù)的推廣將加速巖土工程領(lǐng)域從經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動向數(shù)據(jù)驅(qū)動的轉(zhuǎn)型升級。

未來該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用可構(gòu)建地質(zhì)災(zāi)害概率預(yù)測系統(tǒng)（精度預(yù)期＞85%），不僅降低了工程風(fēng)險，更加推動工程安全監(jiān)測進(jìn)入智能化新階段，其經(jīng)濟(jì)效益與社會安全價值的乘數(shù)效應(yīng)正在顯現(xiàn)。