黃 超 陳蕃鴻 許錦林 于三力 嚴(yán)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(guò)程。建筑物的整體平移監(jiān)控量測(cè)，是保障建筑在位移過(guò)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(cè)量方式在采集數(shù)據(jù)后不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳遞與處理，數(shù)據(jù)的時(shí)效性無(wú)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(wàn)物互聯(lián)”領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，采用BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合后的監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的共享及傳遞，可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)平移過(guò)程中的狀態(tài)，有效地指導(dǎo)施工過(guò)程[5-8]。

基于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，可有針對(duì)性地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(shí)際工程中的應(yīng)用尚未成熟，本文將以廈門后溪長(zhǎng)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(cè)中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 建筑移位方式

后溪長(zhǎng)途汽車站項(xiàng)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(jìn)行切割，托換后，通過(guò)步履式連續(xù)頂推方式進(jìn)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(cè)特點(diǎn)

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

2）建筑移位長(zhǎng)度超300 m，旋轉(zhuǎn)移位過(guò)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(duì)關(guān)鍵托換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4）原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中部分梁板存在預(yù)應(yīng)力鋼絞線布置，同時(shí)結(jié)構(gòu)由于功能需求存在大跨結(jié)構(gòu)，故需對(duì)大跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。

5）需對(duì)結(jié)構(gòu)既有薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。

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

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

2.1 BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景

BIM 技術(shù)是指通過(guò)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(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)，以達(dá)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(guò)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(guò)信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體智能化識(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與三維模型對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，有利于工程信息的共享、施工過(guò)程的指導(dǎo)。

具體監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成如圖2所示。測(cè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)編號(hào)。

圖2 監(jiān)控平臺(tái)構(gòu)成示意

4）現(xiàn)場(chǎng)布置平移監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)前端監(jiān)測(cè)硬件自動(dòng)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(cè)平臺(tái)和位移控制系統(tǒng)，使得基于BIM模型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的人機(jī)交互行為得以實(shí)時(shí)精準(zhǔn)響應(yīng)。

6）在監(jiān)控量測(cè)平臺(tái)的三維平移模型上選擇測(cè)點(diǎn)，以查看測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)及變化曲線。

7）測(cè)試數(shù)據(jù)及變化曲線包括當(dāng)前觀測(cè)值變化曲線、當(dāng)前累計(jì)變化量曲線、當(dāng)前變化速率以及測(cè)點(diǎn)狀態(tài)。其中，當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)生更新時(shí)，由BIM遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)查看數(shù)據(jù)自動(dòng)更新。

3 監(jiān)測(cè)方案

移位施工期間需對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行房屋整體形變、應(yīng)變、沉降、振動(dòng)、溫度等項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)。

3.1 應(yīng)變監(jiān)測(cè)

應(yīng)變監(jiān)測(cè)的內(nèi)容是對(duì)計(jì)算分析得到的應(yīng)變較大區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要是監(jiān)測(cè)托換梁系在平移過(guò)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(jì)資料，初步確定托換梁的應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置如圖3、圖4所示，共14個(gè)測(cè)點(diǎn)。采用光柵光纖應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)。

圖3 托盤梁的應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

圖4 站房一層梁的應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

2.2 實(shí)施步驟

1）利用BIM設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建平移初期及測(cè)點(diǎn)三維模型；以在平移建筑上選取的應(yīng)力及高程點(diǎn)為對(duì)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(cè)平臺(tái)。

3）對(duì)平移建筑三維平移模型和現(xiàn)場(chǎng)布置的平移監(jiān)控量

圖3中1#、2#、3#、5#、11#、12#測(cè)點(diǎn)在托盤梁跨中位置，4#、7#、9#測(cè)點(diǎn)在千斤頂上部位置，6#、8#、10#測(cè)點(diǎn)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(cè)

房屋整體姿態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括房屋不均勻沉降監(jiān)測(cè)、關(guān)鍵部位的位移監(jiān)測(cè)。測(cè)量時(shí)以反映建筑實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(cè)采用光學(xué)測(cè)量和靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量2 種方法相結(jié)合的方式，經(jīng)過(guò)后續(xù)對(duì)2 種方法所取得的數(shù)據(jù)結(jié)合處理，可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)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(cè)

通過(guò)在建筑物中選定縱向方向上的位置放置2個(gè)激光位移計(jì)，來(lái)測(cè)定激光發(fā)射器與接收靶之間的相對(duì)位移。激光位移計(jì)的設(shè)定位置如圖5所示，可以監(jiān)測(cè)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(jì)的設(shè)定位置

3.2.2 房屋不均勻沉降測(cè)量

在建筑物托盤梁的頂面安裝靜力水準(zhǔn)儀。通過(guò)水準(zhǔn)儀測(cè)量的數(shù)據(jù)，推算出建筑物測(cè)點(diǎn)間的相對(duì)不均勻沉降。靜力水準(zhǔn)儀的設(shè)定位置如圖6所示。

圖6 靜力水準(zhǔn)儀的設(shè)定位置

3.3 移位過(guò)程中不利工況下的結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)在移位過(guò)程中主要會(huì)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(diǎn)失效等3 種不利工況。該3 種工況對(duì)移位結(jié)構(gòu)的性能影響較大，因此需要針對(duì)這3 種不利工況的受力特點(diǎn)，補(bǔ)充實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。振動(dòng)控制點(diǎn)共計(jì)8 個(gè)，采用光柵光纖加速度計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

建筑物托盤梁表面的振動(dòng)控制點(diǎn)如圖7所示。

圖7 托盤梁振動(dòng)控制點(diǎn)

圖7中1#、2#、3#測(cè)點(diǎn)分別為測(cè)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(cè)點(diǎn)如圖8所示。其中4#、5#測(cè)點(diǎn)分別為測(cè)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(cè)點(diǎn)

二層樓板加速度測(cè)點(diǎn)如圖9所示。其中6#、7#、8#測(cè)點(diǎn)分別為測(cè)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(cè)點(diǎn)

3.4 建筑物溫度監(jiān)測(cè)

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

圖10 溫度監(jiān)測(cè)傳感器位置

3.5 全站儀監(jiān)測(cè)

采用一個(gè)全站儀監(jiān)測(cè)建筑物縱向方向全長(zhǎng)的水平偏移量及垂直偏移量。測(cè)點(diǎn)布置如圖11所示。

圖11 全站儀安放位置點(diǎn)

4 監(jiān)測(cè)報(bào)告

4.1 監(jiān)測(cè)報(bào)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(hù)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用功能為準(zhǔn)則，依據(jù)以往文獻(xiàn)資料總結(jié)、實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)以及針對(duì)汽車站主站房所做的分析，明確移位監(jiān)測(cè)過(guò)程中各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的預(yù)警值及報(bào)警值見表1。

表1 監(jiān)測(cè)預(yù)警值及報(bào)警值

4.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警

當(dāng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的變化速度達(dá)到表1中規(guī)定值或連續(xù)3 d超過(guò)該值的70%時(shí)，應(yīng)報(bào)警；當(dāng)出現(xiàn)下述情況之一時(shí)，必須立即進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警，通知建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理及其他相關(guān)單位對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到監(jiān)測(cè)報(bào)警值的累計(jì)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(guò)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(yán)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(yàn)判斷，出現(xiàn)其他必須進(jìn)行危險(xiǎn)報(bào)警的情況。

在異常情況下的監(jiān)測(cè)措施如下：

1）當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)分析原因，且立即向委托方報(bào)告。

2）當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，應(yīng)立即向委托方報(bào)警，并預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)，在征得委托方同意后應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)頻率。

3）當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，采取實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)措施，同時(shí)及時(shí)向委托方報(bào)告監(jiān)測(cè)結(jié)果并提出相關(guān)建議。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)布，并將其推送給用戶。如出現(xiàn)緊急情況，應(yīng)及時(shí)分析數(shù)據(jù)異變情況，增加監(jiān)測(cè)報(bào)告。本工程中各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)均未超過(guò)預(yù)警值和報(bào)警值。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，對(duì)建筑平移過(guò)程中的監(jiān)控量測(cè)平臺(tái)功能開發(fā)進(jìn)行了介紹。通過(guò)BIM技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)前端感知設(shè)備按照實(shí)際位置分布于BIM模型中并一一對(duì)應(yīng)。

同時(shí)，對(duì)實(shí)施案例的工程特點(diǎn)和難點(diǎn)以及相應(yīng)采取的監(jiān)控量測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了描述。通過(guò)監(jiān)控量測(cè)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄，得出了建筑位移過(guò)程中各個(gè)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(diǎn)對(duì)移位方案進(jìn)行具體的分析，對(duì)施工過(guò)程和就位后的建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證其使用性和安全性。傳統(tǒng)監(jiān)控量測(cè)方式難以實(shí)時(shí)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存分析，通過(guò)融合BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控量測(cè)平臺(tái)，在不增加技術(shù)人員工作量的情況下，可以實(shí)現(xiàn)建筑平移過(guò)程中監(jiān)測(cè)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(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的動(dòng)態(tài)查看與管理，保證了建筑平移施工的安全。