孫艷崇

（遼寧省交通高等專科學校，遼寧 沈陽110122）

1 BIM技術應用基坑監(jiān)測

基坑開挖及支護施工過程中，基坑的土體壓力狀態(tài)發(fā)生了改變，圍護結構由于承受的荷載發(fā)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(wěn)破壞或周圍地表環(huán)境發(fā)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(huán)境及地質條件復雜”等特點，傳統(tǒng)的基坑安全監(jiān)測管理手段難以滿足對工程整體安全狀態(tài)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(jiān)測工作中，可以有效的解決基坑變形監(jiān)測不便直觀表現(xiàn)其變形趨勢的缺點。通過采用BIM技術將基坑的周圍場地環(huán)境，基坑形狀及其圍護結構建立三維可視化動態(tài)模型，并在模型加入時間參數(shù)；這樣的四維基坑監(jiān)測模型通過變化色譜云圖的的方式，表現(xiàn)其動態(tài)的變形狀態(tài)，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(jiān)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(fā)，實現(xiàn)對基坑監(jiān)測管理族構件進行批量自動的構建及信息的提?。徊⑼ㄟ^對基坑工程監(jiān)測管理模式的進一步研究，對已有監(jiān)測管理技術進行有效的優(yōu)化設計，基坑施工技術人員可以更有效的對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理與分析，更加方便的指導基坑工程后續(xù)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(jiān)測系統(tǒng)需要實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)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(jiān)測信息及預報預警機制有機融合在一起，構建出基坑監(jiān)測管控可視化協(xié)同平臺。

2.1 基坑圍護結構及監(jiān)測點BIM模型參數(shù)化創(chuàng)建?；贐IM技術的基坑三維模型是基坑工程施工、基坑變形監(jiān)測、基坑安全性能預測及周圍場地環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控的集中展示平臺，為了實現(xiàn)基坑安全狀態(tài)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(jiān)測點設定為基本單位元素，以Revit 建模技術為基礎，創(chuàng)建基坑變形監(jiān)測模型的參數(shù)化族構件。根據(jù)設計圖紙中相應數(shù)據(jù)及模型，利用Revit 參數(shù)化設計功能，最終生成完整的BIM基坑監(jiān)測三維可視化動態(tài)模型，并按照建設單位、施工單位及監(jiān)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(xiàn)對測點BIM模型的定位需求。

利用BIM軟件（如Autodesk Revit）對施工現(xiàn)場進行合理的規(guī)劃布置并建立三維動態(tài)模型，并與基坑模型在同一軟件平臺上進行整合，常規(guī)場地建模以獲取相關的高程點或等高線為基礎數(shù)據(jù)，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(xiàn)場地形比較復雜多變，可以采用三維激光掃描儀獲取現(xiàn)場點云數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)處理后導入到BIM模型中，建立更加精確的三維模型。

通過創(chuàng)建基坑及支護結構模型、場地環(huán)境模型及監(jiān)測點模型，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(jié)省大量分析報表的時間。

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。基于BIM技術的基坑安全監(jiān)測信息系統(tǒng)以基坑為應用對象，將基坑圍護支撐結構和現(xiàn)場周邊環(huán)境的監(jiān)測成果植入系統(tǒng)中，并與基坑施工方法相結合，展示出各監(jiān)測控制點隨基坑開挖變形的歷程情況，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)基坑安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分布式管理。

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

2.3 基于BIM的數(shù)據(jù)分析及報警管控。將基坑圍護支撐結構監(jiān)測數(shù)據(jù)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(tài)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(jù)測量規(guī)范，對每種監(jiān)測項目是否及時上傳數(shù)據(jù)定時提醒與統(tǒng)計，保證數(shù)據(jù)的時效性?；颖O(jiān)測的預警限值由設計單位、監(jiān)理單位、施工單位及監(jiān)測單位根據(jù)相關規(guī)范并結合基坑開挖深度、周邊地表環(huán)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(jù)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(jù)土質特征、設計結果按監(jiān)測項目控制值的70%確定；系統(tǒng)根據(jù)預設的限值，自動生成并發(fā)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(huán)管理。

監(jiān)測工作采取“現(xiàn)場監(jiān)測——數(shù)據(jù)處理——變形控制——監(jiān)測驗證”的基坑信息化施工方法，該方法有利于及時發(fā)現(xiàn)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(jié)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(jiān)測數(shù)據(jù)及相關模型信息，對超出預警限值的基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)時間和空間維度上的雙重標記和跟蹤預測，實現(xiàn)對基坑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)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(fā)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(jiān)測系統(tǒng)

3 結論

將BIM三維基坑模型、施工與監(jiān)測數(shù)據(jù)、預警限值及處理機制機制、監(jiān)測成果發(fā)布融合在一起，構建出基坑監(jiān)測可視化協(xié)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?；贐IM技術的基坑變形監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(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)測模型系統(tǒng)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(xiàn)場的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，指導基坑工程的施工與管理，依據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)設計合理的基坑強度。（2）依據(jù)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以及時掌握施工現(xiàn)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(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(fā)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。