孫艷崇

（遼寧省交通高等專(zhuān)科學(xué)校，遼寧 沈陽(yáng)110122）

1 BIM技術(shù)應(yīng)用基坑監(jiān)測(cè)

基坑開(kāi)挖及支護(hù)施工過(guò)程中，基坑的土體壓力狀態(tài)發(fā)生了改變，圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于承受的荷載發(fā)生了變化，而導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)和土體的變形，如果變形值達(dá)到一定極限，將造成基坑的失穩(wěn)破壞或周?chē)乇憝h(huán)境發(fā)生沉陷，甚至造成鄰近構(gòu)筑物和設(shè)施的失效或破壞，造成安全事故。

針對(duì)某些基坑工程的“深、大、難、險(xiǎn)及涉及的周邊環(huán)境及地質(zhì)條件復(fù)雜”等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的基坑安全監(jiān)測(cè)管理手段難以滿足對(duì)工程整體安全狀態(tài)的可視化，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形趨勢(shì)難以準(zhǔn)確判斷。將BIM三維可視化建模技術(shù)應(yīng)用到基坑變形監(jiān)測(cè)工作中，可以有效的解決基坑變形監(jiān)測(cè)不便直觀表現(xiàn)其變形趨勢(shì)的缺點(diǎn)。通過(guò)采用BIM技術(shù)將基坑的周?chē)鷪?chǎng)地環(huán)境，基坑形狀及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)建立三維可視化動(dòng)態(tài)模型，并在模型加入時(shí)間參數(shù)；這樣的四維基坑監(jiān)測(cè)模型通過(guò)變化色譜云圖的的方式，表現(xiàn)其動(dòng)態(tài)的變形狀態(tài)，可以方便基坑施工人員查看基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周?chē)鷺?gòu)筑物的變形情況。

2 BIM技術(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

以Revit 三維可視化建模技術(shù)為基礎(chǔ)，用戶自定義基坑構(gòu)件族，并采用C#語(yǔ)言對(duì)Revit 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑監(jiān)測(cè)管理族構(gòu)件進(jìn)行批量自動(dòng)的構(gòu)建及信息的提??；并通過(guò)對(duì)基坑工程監(jiān)測(cè)管理模式的進(jìn)一步研究，對(duì)已有監(jiān)測(cè)管理技術(shù)進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)，基坑施工技術(shù)人員可以更有效的對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與分析，更加方便的指導(dǎo)基坑工程后續(xù)施工，對(duì)基坑工程施工過(guò)程中有效的起到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防的作用。

基于BIM技術(shù)的基坑三維可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析與預(yù)測(cè)的一體化管理。將BIM三維模型信息、基坑施工信息、基坑變形監(jiān)測(cè)信息及預(yù)報(bào)預(yù)警機(jī)制有機(jī)融合在一起，構(gòu)建出基坑監(jiān)測(cè)管控可視化協(xié)同平臺(tái)。

2.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)BIM模型參數(shù)化創(chuàng)建?；贐IM技術(shù)的基坑三維模型是基坑工程施工、基坑變形監(jiān)測(cè)、基坑安全性能預(yù)測(cè)及周?chē)鷪?chǎng)地環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控的集中展示平臺(tái)，為了實(shí)現(xiàn)基坑安全狀態(tài)實(shí)時(shí)三維可視化的要求，在建立基坑BIM模型的過(guò)程中，將基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)定為基本單位元素，以Revit 建模技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建基坑變形監(jiān)測(cè)模型的參數(shù)化族構(gòu)件。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中相應(yīng)數(shù)據(jù)及模型，利用Revit 參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，最終生成完整的BIM基坑監(jiān)測(cè)三維可視化動(dòng)態(tài)模型，并按照建設(shè)單位、施工單位及監(jiān)測(cè)單位相關(guān)人員核定的方案完成各測(cè)點(diǎn)的編碼，以便快速實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)點(diǎn)BIM模型的定位需求。

利用BIM軟件（如Autodesk Revit）對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行合理的規(guī)劃布置并建立三維動(dòng)態(tài)模型，并與基坑模型在同一軟件平臺(tái)上進(jìn)行整合，常規(guī)場(chǎng)地建模以獲取相關(guān)的高程點(diǎn)或等高線為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后導(dǎo)入BIM軟件中自動(dòng)生成三維場(chǎng)地模型；如果基坑模型精度要求高，并且現(xiàn)場(chǎng)地形比較復(fù)雜多變，可以采用三維激光掃描儀獲取現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)處理后導(dǎo)入到BIM模型中，建立更加精確的三維模型。

通過(guò)創(chuàng)建基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)模型、場(chǎng)地環(huán)境模型及監(jiān)測(cè)點(diǎn)模型，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成可視化三維模型，這樣可以直觀而準(zhǔn)確地顯示出基坑工程變形的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，有利于工程相關(guān)人員線上處置、線下巡查，從而節(jié)省大量分析報(bào)表的時(shí)間。

圖1 基坑幾何模型圖

圖2 基坑網(wǎng)格劃分圖

2.2 基于BIM的基坑施工數(shù)據(jù)組織與管理?；贐IM技術(shù)的基坑安全監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)以基坑為應(yīng)用對(duì)象，將基坑圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境的監(jiān)測(cè)成果植入系統(tǒng)中，并與基坑施工方法相結(jié)合，展示出各監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)隨基坑開(kāi)挖變形的歷程情況，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)基坑安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分布式管理。

由于基坑施工過(guò)程及監(jiān)測(cè)過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)來(lái)源多樣、維護(hù)基坑工程基礎(chǔ)信息，包括監(jiān)測(cè)類(lèi)型、監(jiān)測(cè)斷面、測(cè)點(diǎn)、預(yù)報(bào)警閾值等，根據(jù)基坑施工數(shù)據(jù)類(lèi)型和用途，可以將數(shù)據(jù)劃分為5 類(lèi)，分別為：基坑結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、基坑工程信息數(shù)據(jù)庫(kù)、基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)、基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)庫(kù)及施工人員信息數(shù)據(jù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)的建立要求以BIM模型為核心，通過(guò)C#語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)BIM基坑三維模型與項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)庫(kù)的集成。

2.3 基于BIM的數(shù)據(jù)分析及報(bào)警管控。將基坑圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BIM三維可視化模型中，對(duì)基坑工程施工開(kāi)挖進(jìn)度及變形歷程進(jìn)行三維可視化動(dòng)態(tài)顯示，內(nèi)容包含時(shí)程位移曲線分析和深度位移曲線分析。根據(jù)測(cè)量規(guī)范，對(duì)每種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是否及時(shí)上傳數(shù)據(jù)定時(shí)提醒與統(tǒng)計(jì)，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性?；颖O(jiān)測(cè)的預(yù)警限值由設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位及監(jiān)測(cè)單位根據(jù)相關(guān)規(guī)范并結(jié)合基坑開(kāi)挖深度、周邊地表環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定，包括總量控制和增量控制，基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)報(bào)警值應(yīng)根據(jù)土質(zhì)特征，設(shè)計(jì)結(jié)果及工程經(jīng)驗(yàn)等因素確定；當(dāng)無(wú)工程經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可根據(jù)土質(zhì)特征、設(shè)計(jì)結(jié)果按監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值的70%確定；系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的限值，自動(dòng)生成并發(fā)布黃、橙、紅三級(jí)預(yù)報(bào)警事件，做到“提醒- 處置- 控制- 消除”報(bào)警事件閉環(huán)管理。

監(jiān)測(cè)工作采取“現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)——數(shù)據(jù)處理——變形控制——監(jiān)測(cè)驗(yàn)證”的基坑信息化施工方法，該方法有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問(wèn)題，這樣可以及時(shí)改進(jìn)相關(guān)施工技術(shù)措施，以取得良好的工程效果和節(jié)約有效的時(shí)間。

通過(guò)BIM三維模型的可視化管理，用戶可以方便的訪問(wèn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)模型信息，對(duì)超出預(yù)警限值的基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間和空間維度上的雙重標(biāo)記和跟蹤預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理、分析及預(yù)報(bào)，自動(dòng)生成基坑開(kāi)挖變形歷程和時(shí)程三維曲線，并結(jié)合預(yù)報(bào)警限值自動(dòng)實(shí)時(shí)快速發(fā)布風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信息，有利于施工單位人員和建設(shè)單位人員及時(shí)做出正確的工程決策。

圖3 基坑可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3 結(jié)論

將BIM三維基坑模型、施工與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、預(yù)警限值及處理機(jī)制機(jī)制、監(jiān)測(cè)成果發(fā)布融合在一起，構(gòu)建出基坑監(jiān)測(cè)可視化協(xié)同管控平臺(tái)，對(duì)基坑工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)起到主動(dòng)預(yù)防的作用?；贐IM技術(shù)的基坑變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析集成化管理，基坑可視化變形監(jiān)測(cè)模型系統(tǒng)作為指導(dǎo)基坑工程施工的眼睛，其用途主要有以下三個(gè)方面：（1）通過(guò)分析項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)基坑工程的施工與管理，依據(jù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)合理的基坑強(qiáng)度。（2）依據(jù)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以及時(shí)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、周邊場(chǎng)地建筑物、地下管線的沉降及位置變化情況。（3）通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確的掌握變形較大的點(diǎn)位，有利于基坑管理人員及時(shí)有效的分析變形原因。

BIM三維模型的建立需要以施工測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，施工測(cè)量又可以借助BIM三維建模技術(shù)作為輔助手段，BIM技術(shù)還可以進(jìn)行指導(dǎo)施工放樣，由于BIM三維精細(xì)化建模技術(shù)為施工測(cè)量放樣提供強(qiáng)大的三維可視效果，這樣可以更有效的減少測(cè)量誤差，對(duì)提高施工測(cè)量的精確發(fā)揮一定的作用。BIM技術(shù)建立的三維模型完全可以替代施工圖紙，可以很方便的獲得到特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，有效的提高了測(cè)量工作效率。