基于BIM 技術的基坑監測應用研究

孫艷崇

（遼寧省交通高等?？茖W校，遼寧 沈陽110122）

1 BIM技術應用基坑監測

基坑開挖及支護施工過程中，基坑的土體壓力狀態發生了改變，圍護結構由于承受的荷載發生了變化，而導致圍護結構和土體的變形，如果變形值達到一定極限，將造成基坑的失穩破壞或周圍地表環境發生沉陷，甚至造成鄰近構筑物和設施的失效或破壞，造成安全事故。

針對某些基坑工程的“深、大、難、險及涉及的周邊環境及地質條件復雜”等特點，傳統的基坑安全監測管理手段難以滿足對工程整體安全狀態的可視化，對基坑支護結構的變形趨勢難以準確判斷。將BIM三維可視化建模技術應用到基坑變形監測工作中，可以有效的解決基坑變形監測不便直觀表現其變形趨勢的缺點。通過采用BIM技術將基坑的周圍場地環境，基坑形狀及其圍護結構建立三維可視化動態模型，并在模型加入時間參數；這樣的四維基坑監測模型通過變化色譜云圖的的方式，表現其動態的變形狀態，可以方便基坑施工人員查看基坑圍護結構及周圍構筑物的變形情況。

2 BIM技術在基坑監測中的應用

以Revit 三維可視化建模技術為基礎，用戶自定義基坑構件族，并采用C#語言對Revit 進行二次開發，實現對基坑監測管理族構件進行批量自動的構建及信息的提取；并通過對基坑工程監測管理模式的進一步研究，對已有監測管理技術進行有效的優化設計，基坑施工技術人員可以更有效的對監測數據進行管理與分析，更加方便的指導基坑工程后續施工，對基坑工程施工過程中有效的起到風險預防的作用。

基于BIM技術的基坑三維可視化監測系統需要實現觀測數據采集、傳輸、處理、分析與預測的一體化管理。將BIM三維模型信息、基坑施工信息、基坑變形監測信息及預報預警機制有機融合在一起，構建出基坑監測管控可視化協同平臺。

2.1 基坑圍護結構及監測點BIM模型參數化創建?；贐IM技術的基坑三維模型是基坑工程施工、基坑變形監測、基坑安全性能預測及周圍場地環境狀態監控的集中展示平臺，為了實現基坑安全狀態實時三維可視化的要求，在建立基坑BIM模型的過程中，將基坑圍護結構及監測點設定為基本單位元素，以Revit 建模技術為基礎，創建基坑變形監測模型的參數化族構件。根據設計圖紙中相應數據及模型，利用Revit 參數化設計功能，最終生成完整的BIM基坑監測三維可視化動態模型，并按照建設單位、施工單位及監測單位相關人員核定的方案完成各測點的編碼，以便快速實現對測點BIM模型的定位需求。

利用BIM軟件（如Autodesk Revit）對施工現場進行合理的規劃布置并建立三維動態模型，并與基坑模型在同一軟件平臺上進行整合，常規場地建模以獲取相關的高程點或等高線為基礎數據，然后導入BIM軟件中自動生成三維場地模型；如果基坑模型精度要求高，并且現場地形比較復雜多變，可以采用三維激光掃描儀獲取現場點云數據，將此數據處理后導入到BIM模型中，建立更加精確的三維模型。

通過創建基坑及支護結構模型、場地環境模型及監測點模型，實現監測數據自動生成可視化三維模型，這樣可以直觀而準確地顯示出基坑工程變形的風險點，有利于工程相關人員線上處置、線下巡查，從而節省大量分析報表的時間。

圖1 基坑幾何模型圖

圖2 基坑網格劃分圖

2.2 基于BIM的基坑施工數據組織與管理?；贐IM技術的基坑安全監測信息系統以基坑為應用對象，將基坑圍護支撐結構和現場周邊環境的監測成果植入系統中，并與基坑施工方法相結合，展示出各監測控制點隨基坑開挖變形的歷程情況，通過計算機互聯網實現基坑安全監測數據分布式管理。

由于基坑施工過程及監測過程中涉及的數據來源多樣、維護基坑工程基礎信息，包括監測類型、監測斷面、測點、預報警閾值等，根據基坑施工數據類型和用途，可以將數據劃分為5 類，分別為：基坑結構信息數據庫、基坑工程信息數據庫、基坑監測項目數據庫、基坑監測預警數據庫及施工人員信息數據庫等。數據庫的建立要求以BIM模型為核心，通過C#語言開發，實現BIM基坑三維模型與項目信息數據庫的集成。

2.3 基于BIM的數據分析及報警管控。將基坑圍護支撐結構監測數據導入到BIM三維可視化模型中，對基坑工程施工開挖進度及變形歷程進行三維可視化動態顯示，內容包含時程位移曲線分析和深度位移曲線分析。根據測量規范，對每種監測項目是否及時上傳數據定時提醒與統計，保證數據的時效性?；颖O測的預警限值由設計單位、監理單位、施工單位及監測單位根據相關規范并結合基坑開挖深度、周邊地表環境特點進行設定，包括總量控制和增量控制，基坑及支護結構報警值應根據土質特征，設計結果及工程經驗等因素確定；當無工程經驗時，可根據土質特征、設計結果按監測項目控制值的70%確定；系統根據預設的限值，自動生成并發布黃、橙、紅三級預報警事件，做到“提醒- 處置- 控制- 消除”報警事件閉環管理。

監測工作采取“現場監測——數據處理——變形控制——監測驗證”的基坑信息化施工方法，該方法有利于及時發現施工中存在的問題，這樣可以及時改進相關施工技術措施，以取得良好的工程效果和節約有效的時間。

通過BIM三維模型的可視化管理，用戶可以方便的訪問監測數據及相關模型信息，對超出預警限值的基坑變形監測數據，實現時間和空間維度上的雙重標記和跟蹤預測，實現對基坑變形監測數據的實時采集、處理、分析及預報，自動生成基坑開挖變形歷程和時程三維曲線，并結合預報警限值自動實時快速發布風險預警信息，有利于施工單位人員和建設單位人員及時做出正確的工程決策。

圖3 基坑可視化監測系統

3 結論

將BIM三維基坑模型、施工與監測數據、預警限值及處理機制機制、監測成果發布融合在一起，構建出基坑監測可視化協同管控平臺，對基坑工程施工安全風險起到主動預防的作用。基于BIM技術的基坑變形監測系統可以實現數據采集、數據傳輸、數據處理與分析集成化管理，基坑可視化變形監測模型系統作為指導基坑工程施工的眼睛，其用途主要有以下三個方面：（1）通過分析項目現場的變形監測數據，指導基坑工程的施工與管理，依據變形監測數據設計合理的基坑強度。（2）依據變形監測數據，可以及時掌握施工現場的基坑支護結構、周邊場地建筑物、地下管線的沉降及位置變化情況。（3）通過監測數據及時準確的掌握變形較大的點位，有利于基坑管理人員及時有效的分析變形原因。

BIM三維模型的建立需要以施工測量獲得的數據為基礎，施工測量又可以借助BIM三維建模技術作為輔助手段，BIM技術還可以進行指導施工放樣，由于BIM三維精細化建模技術為施工測量放樣提供強大的三維可視效果，這樣可以更有效的減少測量誤差，對提高施工測量的精確發揮一定的作用。BIM技術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的三維坐標信息，有效的提高了測量工作效率。