基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统应用

基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统应用

发表时间：2019-01-04T11:11:23.643Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第27期作者：吴中禹

[导读] 针对基坑监测成果反应水平及可视化效果仍需继续提高，预报警等级地展示还处于色彩表示阶段，基坑围护结构地变形展示还要进一步研究。

广东省地质物探工程勘察院广东省广州市 510800

摘要：随着城市地下空间开发规模的扩大，高层建筑及地铁、高铁的迅速发展，深基坑工程越来越多。在人口较密集的城区，为保证基坑施工过程中的支护结构及其对周边构筑物的安全，深基坑开挖与支护的实时监测分析显得尤为重要。属于临时性工程的基坑具有周边环境及地质条件复杂、不确定因素多、技术工艺繁杂、施工条件差、风险高等特点，具有较强的时空效应，“信息孤岛”现象严重，迫切需要利用BIM技术解决传统监测的诸多弊端，探索基于BIM的系统性、全面性和科学性的管理手段。

关键词：BIM技术；深基坑；安全监测；信息系统应用

一、基于BIM技术的深基坑监测简述

1、基于BIM技术的深基坑监测原理

BIM是通过建立并应用数字信息三维模型来设计、建造和运营管理建筑项目的一种新兴技术，它使传统二维绘图的方式转变成三维绘图模式，能更加直观、全面地展示出建筑信息。BIM技术应用于深基坑监测中是通过将基坑的形状、支护结构、周围的环境和各类监测点建立三维模型，再将实时监测的数据导入到模型中，并通过检测模型的5D动画模拟（三维模型＋时间轴＋变形色谱云图），就可以直观地展示出基坑变形的细微程度，从而分析和预测重要节点部位和潜在的问题，排除施工过程中的风险，消除危险节点，进行不同施工方案的比较分析。

2、基于BIM技术的基坑监测的优势

（1）BIM技术具有可视化功能，可以将基坑支护结构的变形情况直观形象地体现出来，基坑的变形趋势可用动画的方式来准确判断；

（2）管理人员不需再查阅纸质报表，就可容易的了解基坑的安全情况和未来的变形趋势，有助于工程决策；

（3）基坑支护结构的危险点能准确快速地确定，同时根据变形趋势以及现场状况，及时制定应急预案；

（4）利用BIM技术的信息共享功能，监测人员根据监测信息，再参照水位、道路塌陷、管道变形、周围建筑沉降等其他监测数据，就可分析出基坑变形的主要原因以及影响因素。

3、BIM技术深基坑监测技术路线

BIM技术应用于深基坑的监测技术路线如图1所示。

图1基坑围护结构及测点模型

根据设计图调用模型库中相应模型，利用参数化设计，自动拼接组合成完整的基坑BIM模型，并按照施工方和第三方的监测方案完成各测点的编码，并赋予至测点BIM模型属性中，实现测点BIM模型的快速定位需求。

2、基于BIM的数据组织与管理

由于基坑施工过程及监测过程中涉及的数据来源多样、格式不一、形式复杂，因此根据数据类型和用途，划分为结构信息数据库、工程信息数据库、监测项目数据库、预警事件数据库、人员数据库等5类数据库。数据库以BIM模型为核心，通过数据转换接口适配及数据融

合技术，实现与BIM模型无缝集成；通过BIM模型的可视化界面，方便用户访问与基坑施工及监测过程中的信息记录，对超过预报警阈值的监测数据，实现空间和时间维度上的标记和跟踪。数据库结构关系见图2。

图3系统架构

（1）数据层：包括工程信息、周边环境信息、监测项目信息、测点编码信息、测点属性信息、预警参数及人员信息，通过异构数据融合机制，将信息集成到BIM模型及中心数据库中，按一定方式读取、使用、修改和存储。

（2）模型层：通过轻量化软件，针对不同的监测项目，对数据层的数据进行组织，形成不同特性的BIM模型，提供不同用户视角下的可视化呈现。

（3）服务层：系统各BIM模型的集成管理，包括基坑及周边环境监测、预报警事件处置与跟踪、监测成果发布等服务，通过互联网技术支持基于BIM模型获取相应的模型数据，实现数据共享与应用。

（4）应用层：对数据层信息进行计算处理和分析，实现对深基坑的动态监测及预报警管控，便于作出精确合理的决策。

4、系统功能设计

系统包括数据中心、数据分析、报警管控、统计信息、工程信息与系统管理等功能（见图4）。

图4系统功能结构

（1）数据中心：基于互联网、物联网和自动采集技术，实现深基坑施工动态数据实时采集、处理与传输；自动发布数据汇总表、分项报表（日报、周报、月报）、测点曲线的3层监测成果，方便用户了解工程的项目信息、监测报警、监测数据、监测曲线、现场工况、工程定位等信息。

（2）数据分析：将基坑围护结构监测成果植入BIM三维轻量化模型中，结合基坑施工工况进行基坑开挖变形历程三维可视化展示，包括时程位移曲线分析、深度位移曲线分析及两方监测数据对比分析。

（3）报警管控：根据报警规则，自动生成发布黄、橙、红3级预报警事件，包括监测报警、巡视报警、综合报警、频率报警，做到“提醒—处置—控制—消除”报警事件闭环管理；根据测量规范，对每种监测项目是否及时上传数据定时提醒与统计，保证数据的时效性。（4）统计信息：统计施工方与第三方红、橙、黄3级报警事件，监测断面、测点数量与基本信息、人员信息及各线路、标段、工点、监测类型的数据上传量。

（5）工程信息：维护深基坑工程基础信息，包括监测类型、监测断面、测点、预报警阈值、参与报警处置人员、测点状态修正、BIM 模型及供操作人员使用的手册。

（6）系统管理：实现系统中组织机构、人员角色、功能菜单等管理，基础数据维护及系统运行环境的配置。结束语

基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统在深基坑动态监测与预警管控中取得了良好的应用效果，实现了数据采集、传输、处理与分析一体化管理，将BIM模型、施工与监测信息、预报警处置机制、监测成果发布有机融合在一起，构建了深基坑监测管控可视化协同平台，大大提高监测人员责任心，有效指导基坑施工，对基坑工程施工过程中安全风险起到预防作用。但是，针对基坑监测成果反应水平及可视化效果仍需继续提高，预报警等级地展示还处于色彩表示阶段，基坑围护结构地变形展示还要进一步研究。

参考文献

[1]沈东升，王万齐.我国铁路行业BIM实施路径的思考[J].铁路技术创新，2016（3）：8-12.

[2]吴振君，王浩，王水林，等．分布式基坑监测信息管理与预警系统的研制[J]．岩土力学，2008，29（9）：2503-2507，2514.