BIM技术在深基坑监测数据处理中的应用

BIM技术在深基坑监测数据处理中的应用

发表时间：2019-08-23T14:35:05.253Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年9期作者：唐玮

[导读] 当前，随着城市建设的不断发展，高层建筑和地下轨道交通工程日益增多，由此产生了大量的深基坑工程，而且其规模和开挖深度不断加大。

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摘要：现如今我国的科技发展十分迅速，因常规基坑监测依靠数据抄送，效率和直观性不足，采用BIM技术与基坑监测数据结合的技术对深基坑监测进行管控，利用Revit与dynamo等软件，将基坑坐标值、基坑位移量、累计变化量、变化速率、监测报警值等数据与三维模型关联，利用坚果云文件协作管理平台与dynamo软件实时同步监控数据，可在监测点位较多，数据较复杂的情况下，直观看出某监测点位的最大值。

关键词：深基坑工程；深基坑监测；BIM技术；数据同步

引言

当前，随着城市建设的不断发展，高层建筑和地下轨道交通工程日益增多，由此产生了大量的深基坑工程，而且其规模和开挖深度不断加大。在深基坑施工过程中，由于受到地下水位、地质条件、周边环境等多种不确定因素的影响，易发生坍塌事故，造成人员和财产的重大损失，因此对深基坑进行实时监测具有非常重要的意义。常规监测的方法是通过全站仪、水准仪等仪器对一些离散点进行测量，获得的数据采用文字、表格、二维曲线的方式来表达基坑变形趋势，这种方式无法让管理人员直观地看到整个基坑的变形时间趋势，很难迅速发现危险源，从而影响工程决策。近年来，ＢＩＭ技术作为建筑信息领域的一项新兴技术，由于它的可视化、协调性、模拟性、参数化等优势，可以实现在基坑监测过程中能准确快速地提取变形敏感点和危险点，并能直观地展现基坑变形的细微程度，促进基坑监测工作的信息化发展。本文将ＢＩＭ技术引入到广州市某深基坑监测项目中，通过创建基坑的三维模型，进行了全过程的模拟分析与研究，为ＢＩＭ技术在深基坑监测中的推广应用提供参考。

2、BIM的功能

在基坑监测中工程中结合运用BIM技术，可以提高工程施工的可视化程度，让操作人员更加直观地了解整个工程，提高工程效率，使工程管理更加精细，减少现场返工，节约成本。BIM还有场景漫游、施工模拟、实时监控、空间量测、分析报警、历史数据查询等功能。

1) 场景漫游。自定义路径并以飞行的第一人称视角在三维场景中进行漫游浏览，系统、直观地看清整个工程，了解空间位置情况。2）施工模拟。通过多平台协作，模拟基坑结构变形、周边地面沉降情况、地下管线沉降、周边建筑物的沉降倾斜等监测数据并进行应用仿真。

3）实时监控。根据实际需要，可以实时查看地面、地下作业面的相关情况。

4）空间量测。提供面积、长度、空间长度，获取坐标输出标高，并根据需要提供地面沉降量的统计等功能。

5）分析报警。对监测的变形数据进行分析，当监测数据达到某一警戒值时，立即发出警报。

6）历史数据查询。将结构变形、管线变形、周边地面沉降形态、周边重要建筑物的沉降倾斜等监测数据沿时间轴展现出来，人们可以快速方便地查看任意时间、地点的信息数据。

3监测整体解决方案

3.1监测位置

观测基准是观测量可靠与否的决定因素，基准点应避开交通干道、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其他能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地点，即选埋于变形影响小且靠近观测区便于长期保存的稳定地点。考虑到该工程的场地条件及建设规模，拟将布置6个以上位移测量基准设立于基坑外围稳定的建筑物或道路上（相对稳定），有条件时按强制归心观测墩的要求埋设，同时通过外围点校核其稳定性，分布于观测区四周。

3.2监测分析

ＢＩＭ技术在该深基坑监测项目中的应用取得了圆满成功，减少了工作人员过去翻看大量监测报告和数据的烦琐过程，不仅直观的展现出监测成果，而且对所有监测成果能有整体的处理与分析，让工作人员更加容易的了解基坑的安全情况以及未来的变形趋势，提高了监测数据的处理速率和信息可视化的展示效果，这种可视化基坑变形监测方法简单、准确、快速、为工作人员提供了一种新的基坑监测方法。

3.3监测数据与BIM技术结合原理

基于BIM技术、虚拟现实技术和基坑综合监控系统、三维有限元开挖模拟与分析技术，以及基坑周边的地理空间信息，开发基于深基坑4D监测系统，提升基坑施工过程的可视化、精细化管理水平和工作效率，将安全隐患消灭在萌芽状态、杜绝安全事故的发生，为保障工程施工质量和施工进度提供技术支撑。

3.4可视化施工模拟

利用ＡｕｔｏｄｅｓｋＮａｖｉｓｗｏｒｋｓ平台进行可视化施工过程动态模拟，可视化施工过程动态模拟就是在基坑ＢＩＭ三维模型上增加时间进度信息，按时间顺序将监测过程直观的展示出来。Ｎａｖｉｓ－ｗｏｒｋｓ平台能够实现多专业之间的协同工作和模型实时漫游，它是保证设计方与施工方之间能够良好衔接的纽带。运行Ｎａｖｉｓｗｏｒｋｓ软件，首先将基坑三维模型转换成Ｎａｖｉｓｗｏｒｋｓ软件可以识别的ＮＷＣ格式文件，在Ｔｉｍｅｌｉｎｅｒ选项卡中添加时间轴信息，在配置选项中添加新的任务类型，设置“安全”、“预警”、“超限”的显示形式，安全区域为绿色显示、临界区域为黄色显示、超限区域为红色显示，这样监测结果在模型上呈现成彩色变形立体状态，基坑监测人员和管理人员根据色彩变化就可以对基坑变形情况做出正常、异常或危险的判断性结论。

4监测数据处理

4.1深基坑工程施工模拟

该深基坑工程的施工模拟顺序为第一步：平整场地、定位放线、施工围护旋挖桩、工程桩、立柱桩，第二步：进行坑内降水并施工格

构柱，第三步：开挖基坑土方至第一道砼支撑后施工顶圈梁和砼支撑，第四步：待第一道砼支撑达到强度，开挖基坑土方至第二道砼支撑底，施工腰梁和第二道砼支撑，第五步：待第二道砼支撑达到强度后开挖基坑至坑底标高。依据初定的施工方案，编制施工计划，利用数据源将施工计划导入到时间线工具之中，在 Navisworks 软件中添加岩土体及支护结构的场景动画并附着选择集合及动画，调试模拟，导出模拟文件，通过深基坑工程施工模拟，进行碰撞检查，预测危险源，提高深基坑工程施工的安全性。

4.2深基坑工程施工安全监测

在深基坑工程施工过程中，利用 BIM 技术的多维可视化、施工模拟、全参数化的优势，通过在 Revit 软件中建立的深基坑多维安全监测模型，实现深基坑工程施工安全动态警示化监测。在BIM安全监测模型中建立基坑的多维变形监测族，并在族中添加监测数据信息，包括基坑位移、支撑内力、变形、地下水位变化等不同类型的监测数据，实现监测数据与模型关联，并通过设置族函数来控制监测族的参数显示，实现监测数据的警示化。

利用BIM安全监测模型，当基坑周围地表沉降、围护结构深层水平位移、围护桩顶面水平位移、围护桩顶面竖向位移、地下水位、支撑轴力、土体深层水平位移、地下管线、立柱桩竖向沉降等监测项目超过预警值时，发出警示声音，通过不同的警示声音来提示反应出现报警的监测项目，通过警示音的急促程度来反应监测项目超过预警值的大小。将深基坑工程施工的实时监测数据传导给BIM 模型上的警示装置，可以形象反应基坑在任意时间点各监测区域危险源以及变形危险程度，判别深基坑工程的危险等级，实现对深基坑支护结构的变形、受力趋势的预测，动态调整深基坑的施工方案，达到快速准确消除危险节点、排除施工过程中的冲突以及风险、避免发生安全事故的目的，并根据监测点的声音变化模拟实现基坑监测的预警功能。

4.3沉降观测点list处理

在导入dynamo进行list处理前，需确保Excel中提取数据的正确性，其次需对在Excel中沉降观测点值的原点进行与Revit坐标原点的归零重合处理，保证生产监测模型与Revit基坑模型一一对应。实时反应基坑位移值的准确性和有效性。导入dynamo后，list以每个集合以XYZ+位移值的形式表达出来，这时需要对数据类型转换为数值型，其中因位置的变化值为mm，在图形反应上相对小，因此对位移值和预警值进行数据放大1000倍处理。

结语

未来地下空间的开发潜力将越来越庞大，基坑的发展也会顺应时代跟新的脚步，因此基坑工程的施工理念也将不断突破常规，基于BIM技术的施工优化与监测数据管理分析系统，将非常有利于保证深基坑项目的顺利实施，把基坑施工的风险减小到最低程度，从技术上保证方案的优化，对基坑的施工将起到关键性的作用，深基坑信息化施工也将近一步的提高，为满足实际工作需求打下良好的基础。参考文献

[1]建筑基坑工程监测技术规范：GB50497—2009[S].

[2]建筑物变形测量规范：JGJ8—2016[S].

[3]考晓君.基于BIM技术的基坑监测可视化系统研发与应用[D].青岛：青岛理工大学，2018.

[4]陆珺.BIM技术结合WEB系统在基坑监测中的应用[D].武汉：武汉科技大学，2016.