黃 超 陳蕃鴻 許錦林 于三力 嚴順韜

中建一局華江建設(shè)有限公司 北京 100161

建筑物的整體平移，是在保持房屋整體性和可用性不變的前提下，將其從原址移到新址的過程。建筑物的整體平移監(jiān)控量測，是保障建筑在位移過程中施工安全和結(jié)構(gòu)安全的重要措施[1-4]。

傳統(tǒng)監(jiān)控測量方式在采集數(shù)據(jù)后不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時傳遞與處理，數(shù)據(jù)的時效性無法得到保證?；诮ㄖ畔⒛Ｐ停˙uilding Information Modeling，BIM）廣泛應(yīng)用于建筑全生命周期的大背景，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在“萬物互聯(lián)”領(lǐng)域的優(yōu)勢，采用BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合后的監(jiān)控量測技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享及傳遞，可以準確評價平移過程中的狀態(tài)，有效地指導(dǎo)施工過程[5-8]。

基于監(jiān)測點的實時信息，可有針對性地進行優(yōu)化設(shè)計，確保平移方案可行，為建筑的正常平移提供技術(shù)支持。但BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用尚未成熟，本文將以廈門后溪長途汽車站平移工程為例，探究BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在大型建筑位移監(jiān)控量測中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 建筑移位方式

后溪長途汽車站項目位于廈門市集美區(qū)后溪鎮(zhèn)，廈門（新）站西北側(cè)，建筑于2014年建成。建筑擬在地下2層進行切割，托換后，通過步履式連續(xù)頂推方式進行旋轉(zhuǎn)移位，如圖1所示。

圖1 建筑周邊情況及其旋轉(zhuǎn)平移示意

1.2 監(jiān)測特點

1）在建筑旋轉(zhuǎn)移位過程中需特別監(jiān)測房屋的姿態(tài)、關(guān)鍵部位內(nèi)力及整體結(jié)構(gòu)動力特性、房屋振動效應(yīng)。

2）建筑移位長度超300 m，旋轉(zhuǎn)移位過程中步履式連續(xù)頂推的位移應(yīng)與旋轉(zhuǎn)半徑成比例，確保結(jié)構(gòu)的側(cè)面保持一定的平直，避免較大的側(cè)向變形。

3）由于移位切割位置在地下室2層，托換層安全受較大的單柱軸力及柱底彎矩影響，故需對關(guān)鍵托換節(jié)點進行監(jiān)測。

4）原結(jié)構(gòu)設(shè)計中部分梁板存在預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置，同時結(jié)構(gòu)由于功能需求存在大跨結(jié)構(gòu)，故需對大跨結(jié)構(gòu)進行安全監(jiān)測。

5）需對結(jié)構(gòu)既有薄弱環(huán)節(jié)進行安全監(jiān)測。

6）在建筑移位過程中，除重點監(jiān)測托盤梁外，還應(yīng)增加部分建筑本身構(gòu)件的監(jiān)測。

2 BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控平臺搭建

2.1 BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景

BIM 技術(shù)是指通過建模軟件（如Revit）建立建筑三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為模型提供完整的、與實際情況一致的建筑工程信息庫，以達到工程信息在不同專業(yè)交換和共享的目的。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將相應(yīng)的物體與網(wǎng)絡(luò)相連接，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，從而實現(xiàn)對物體智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。

BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，將采集到的實時數(shù)據(jù)與三維模型對應(yīng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，有利于工程信息的共享、施工過程的指導(dǎo)。

具體監(jiān)控平臺構(gòu)成如圖2所示。測測點進行對應(yīng)編號。

圖2 監(jiān)控平臺構(gòu)成示意

4）現(xiàn)場布置平移監(jiān)控量測測點，采用物聯(lián)網(wǎng)前端監(jiān)測硬件自動關(guān)聯(lián)上傳至位移控制系統(tǒng)。

5）采用分布式互操作應(yīng)用程序Web Service描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、協(xié)調(diào)和配置監(jiān)控量測平臺和位移控制系統(tǒng)，使得基于BIM模型監(jiān)測點的人機交互行為得以實時精準響應(yīng)。

6）在監(jiān)控量測平臺的三維平移模型上選擇測點，以查看測點的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)及變化曲線。

7）測試數(shù)據(jù)及變化曲線包括當(dāng)前觀測值變化曲線、當(dāng)前累計變化量曲線、當(dāng)前變化速率以及測點狀態(tài)。其中，當(dāng)測點數(shù)據(jù)發(fā)生更新時，由BIM遠程實時監(jiān)控平臺查看數(shù)據(jù)自動更新。

3 監(jiān)測方案

移位施工期間需對上部結(jié)構(gòu)進行房屋整體形變、應(yīng)變、沉降、振動、溫度等項目的監(jiān)測。

3.1 應(yīng)變監(jiān)測

應(yīng)變監(jiān)測的內(nèi)容是對計算分析得到的應(yīng)變較大區(qū)域進行監(jiān)測，主要是監(jiān)測托換梁系在平移過程中的應(yīng)變變化，觀察其是否出現(xiàn)異常情況。根據(jù)移位設(shè)計資料，初步確定托換梁的應(yīng)變監(jiān)測測點布置如圖3、圖4所示，共14個測點。采用光柵光纖應(yīng)變計進行應(yīng)變監(jiān)測。

圖3 托盤梁的應(yīng)變監(jiān)測測點布置

圖4 站房一層梁的應(yīng)變監(jiān)測測點布置

2.2 實施步驟

1）利用BIM設(shè)計軟件構(gòu)建平移初期及測點三維模型；以在平移建筑上選取的應(yīng)力及高程點為對象，錄入平移力、質(zhì)量、區(qū)域位置，形成三維信息化平移模型。

2）審核平移建筑三維平移模型的工程信息，生成輕量化的三維平移模型和屬性文件，將輕量化的三維平移模型和屬性文件導(dǎo)入監(jiān)控量測平臺。

3）對平移建筑三維平移模型和現(xiàn)場布置的平移監(jiān)控量

圖3中1#、2#、3#、5#、11#、12#測點在托盤梁跨中位置，4#、7#、9#測點在千斤頂上部位置，6#、8#、10#測點在托盤梁靠近柱位置。

圖4中13#、14#應(yīng)變傳感器放置于站房一層梁（大跨度梁）的梁底靠近柱的位置，沿縱向方向布置。

3.2 房屋整體姿態(tài)監(jiān)測

房屋整體姿態(tài)監(jiān)測主要包括房屋不均勻沉降監(jiān)測、關(guān)鍵部位的位移監(jiān)測。測量時以反映建筑實時準確的形態(tài)為原則，防止其發(fā)生傾斜倒塌和整體偏轉(zhuǎn)。

監(jiān)測采用光學(xué)測量和靜力水準儀測量2 種方法相結(jié)合的方式，經(jīng)過后續(xù)對2 種方法所取得的數(shù)據(jù)結(jié)合處理，可實時準確地監(jiān)測房屋不均勻沉降、房屋不同步變形等房屋整體變形姿態(tài)。

3.2.1 結(jié)構(gòu)在水平方向上變形差異的監(jiān)測

通過在建筑物中選定縱向方向上的位置放置2個激光位移計，來測定激光發(fā)射器與接收靶之間的相對位移。激光位移計的設(shè)定位置如圖5所示，可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)在水平及豎直方向上的變形差異。

圖5 激光位移計的設(shè)定位置

3.2.2 房屋不均勻沉降測量

在建筑物托盤梁的頂面安裝靜力水準儀。通過水準儀測量的數(shù)據(jù)，推算出建筑物測點間的相對不均勻沉降。靜力水準儀的設(shè)定位置如圖6所示。

圖6 靜力水準儀的設(shè)定位置

3.3 移位過程中不利工況下的結(jié)構(gòu)實時動態(tài)監(jiān)測

結(jié)構(gòu)在移位過程中主要會面臨起止加速度作用、千斤頂頂推不同步、千斤頂頂升不同步或者頂升點失效等3 種不利工況。該3 種工況對移位結(jié)構(gòu)的性能影響較大，因此需要針對這3 種不利工況的受力特點，補充實時的動態(tài)監(jiān)測內(nèi)容。振動控制點共計8 個，采用光柵光纖加速度計進行監(jiān)測。

建筑物托盤梁表面的振動控制點如圖7所示。

圖7 托盤梁振動控制點

圖7中1#、2#、3#測點分別為測量建筑物縱向、橫向、垂直向加速度的傳感器。布置位置為A-15 軸上靠近A-16軸的小托盤梁跨中位置。

一層樓板加速度測點如圖8所示。其中4#、5#測點分別為測量建筑物縱向、橫向加速度的傳感器。

圖8 一層樓板加速度測點

二層樓板加速度測點如圖9所示。其中6#、7#、8#測點分別為測量建筑物縱向、橫向、垂直向加速度的傳感器。

圖9 二層樓板加速度測點

3.4 建筑物溫度監(jiān)測

建筑物托盤梁上安放2個溫度監(jiān)測傳感器，具體位置如圖10所示。采用光柵光纖溫度傳感器進行溫度監(jiān)測。

圖10 溫度監(jiān)測傳感器位置

3.5 全站儀監(jiān)測

采用一個全站儀監(jiān)測建筑物縱向方向全長的水平偏移量及垂直偏移量。測點布置如圖11所示。

圖11 全站儀安放位置點

4 監(jiān)測報告

4.1 監(jiān)測報警值設(shè)置

以控制建筑物的托換梁、建筑物梁、板、柱的材料受力在彈性范圍內(nèi)及保護非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用功能為準則，依據(jù)以往文獻資料總結(jié)、實際工程經(jīng)驗以及針對汽車站主站房所做的分析，明確移位監(jiān)測過程中各項監(jiān)測指標的預(yù)警值及報警值見表1。

表1 監(jiān)測預(yù)警值及報警值

4.2 監(jiān)測報警

當(dāng)監(jiān)測項目的變化速度達到表1中規(guī)定值或連續(xù)3 d超過該值的70%時，應(yīng)報警；當(dāng)出現(xiàn)下述情況之一時，必須立即進行危險報警，通知建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理及其他相關(guān)單位對汽車站主站房結(jié)構(gòu)采取應(yīng)急措施，保證汽車站主站房結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全。

1）監(jiān)測數(shù)據(jù)達到監(jiān)測報警值的累計值。

2）汽車站主站房結(jié)構(gòu)位移值突然明顯增大。

3）汽車站主站房結(jié)構(gòu)下部的托換結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件、柱等出現(xiàn)過大的變形、壓屈、斷裂等跡象。

4）汽車站主站房結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較嚴重的突發(fā)裂縫或危害結(jié)構(gòu)的變形裂縫。

5）根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗判斷，出現(xiàn)其他必須進行危險報警的情況。

在異常情況下的監(jiān)測措施如下：

1）當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，應(yīng)分析原因，且立即向委托方報告。

2）當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達到報警值時，應(yīng)立即向委托方報警，并預(yù)測其變化趨勢，在征得委托方同意后應(yīng)加強監(jiān)測，提高監(jiān)測頻率。

3）當(dāng)有危險事故征兆時，采取實時跟蹤監(jiān)測措施，同時及時向委托方報告監(jiān)測結(jié)果并提出相關(guān)建議。

4.3 監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測過程中，監(jiān)測結(jié)果實時發(fā)布，并將其推送給用戶。如出現(xiàn)緊急情況，應(yīng)及時分析數(shù)據(jù)異變情況，增加監(jiān)測報告。本工程中各監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)均未超過預(yù)警值和報警值。

5 結(jié)語

本文通過BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，對建筑平移過程中的監(jiān)控量測平臺功能開發(fā)進行了介紹。通過BIM技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)前端感知設(shè)備按照實際位置分布于BIM模型中并一一對應(yīng)。

同時，對實施案例的工程特點和難點以及相應(yīng)采取的監(jiān)控量測關(guān)鍵技術(shù)進行了描述。通過監(jiān)控量測平臺的實時監(jiān)測和各項數(shù)據(jù)記錄，得出了建筑位移過程中各個階段的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

移位工程中結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，需要結(jié)合結(jié)構(gòu)的特點對移位方案進行具體的分析，對施工過程和就位后的建筑物進行監(jiān)測，保證其使用性和安全性。傳統(tǒng)監(jiān)控量測方式難以實時獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)并儲存分析，通過融合BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控量測平臺，在不增加技術(shù)人員工作量的情況下，可以實現(xiàn)建筑平移過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享以及傳遞，有效地提升工作效率。在三維環(huán)境中，可以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行可視化的動態(tài)查看與管理，保證了建筑平移施工的安全。