丁智聰，唐 紅

(武漢科技大學城市建設學院，湖北 武漢 430065)

0 引言

深基坑施工過程經(jīng)常受地下水位、地質條件及建筑周邊環(huán)境等因素影響，極易發(fā)生傾斜及坍塌事故，導致施工人員與資源財產(chǎn)受到損失，需對深基坑進行實時監(jiān)測。傳統(tǒng)監(jiān)測方法通過全站儀、水準儀等監(jiān)測儀器測量離散點，獲得通過文字、表格和二維曲線方式顯示基坑變形的趨勢，但這種方法較難立刻發(fā)現(xiàn)危險源，以至于影響項目決策。近年來，信息智能化監(jiān)測借助BIM可視化、協(xié)調性、模擬性及參數(shù)化等優(yōu)勢，與基坑監(jiān)測平臺相結合，可在深基坑監(jiān)測過程中快速提取危險點與變形敏感點，還能直觀展現(xiàn)基坑變形程度，對深基坑監(jiān)測信息化發(fā)展起推動作用。本文系統(tǒng)介紹智能化監(jiān)測流程，將基坑信息智能化監(jiān)測技術應用到某深基坑監(jiān)測項目中，通過Revit創(chuàng)建基坑三維可視化模型，再將模型導入智能化監(jiān)測平臺，進行監(jiān)測全過程的模擬分析和研究。

1 傳統(tǒng)監(jiān)測模式不足

1.1 人工效率低

傳統(tǒng)監(jiān)測方法監(jiān)測數(shù)據(jù)主要是文件管理模式，絕大多數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算由人工完成，監(jiān)測所得報表通過word或excel軟件進行制作。缺乏數(shù)據(jù)庫管理，監(jiān)測數(shù)據(jù)不能進行共享，很大程度上降低工作效率、分析水平，監(jiān)測數(shù)據(jù)的作用也不能真正得到體現(xiàn)和發(fā)揮。傳統(tǒng)監(jiān)測模式如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)監(jiān)測模式

1.2 數(shù)據(jù)處理滯后

從通過傳統(tǒng)監(jiān)測方法進行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析流程來看，現(xiàn)場監(jiān)測人員由于缺乏經(jīng)驗，很難自行分析數(shù)據(jù)。獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，需先人工輸入計算機，再由專業(yè)人員分析計算數(shù)據(jù)，最后將結果制成報表，該方法極易造成數(shù)據(jù)誤差，且分析周期太長，較難及時反饋信息。尤其是在施工關鍵節(jié)點上，對監(jiān)測頻率要求較高時，對數(shù)據(jù)的處理很難達到現(xiàn)場所需要求。

2 基坑信息智能化監(jiān)測

2.1 多元數(shù)據(jù)信息導入

利用BIM技術可視化、可模擬、參數(shù)化建模優(yōu)勢，在深基坑監(jiān)測項目中，按基坑監(jiān)測需求，運用Revit軟件建立深基坑項目模型，并將模型導入基坑信息智能化監(jiān)測系統(tǒng)中，實現(xiàn)大多數(shù)深基坑工程監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)導入，包括深層水平位移、建筑內(nèi)外地表沉降、支撐結構軸力、地下水位、土壓力、孔隙水壓力及樁身應力等。在數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)前，需預處理數(shù)據(jù)，按GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》，對深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)進行量的轉換、誤差處理及可靠性檢驗等操作，在處理成標準格式數(shù)據(jù)后再按順序逐一導入系統(tǒng)，以免在數(shù)據(jù)導入過程中出現(xiàn)問題。智能化監(jiān)測模式如圖2所示。

圖2 信息智能化監(jiān)測模式

2.2 數(shù)據(jù)可視化在線編輯

導入多元數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)在使用前還需預處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預處理是將AutoCAD中的監(jiān)測點信息進行處理，并導入系統(tǒng)的過程，監(jiān)測點導入系統(tǒng)后，與基坑三維模型進行匹配，以實現(xiàn)深基坑監(jiān)測項目數(shù)據(jù)的可視化在線編輯。在系統(tǒng)使用過程中，當出現(xiàn)工程變更時，如基坑支護體系發(fā)生改變、基坑監(jiān)測點增添與刪減等情況，這時重新進行數(shù)據(jù)預處理后再導入系統(tǒng)，基于BIM技術可視化在線編輯模塊很好地解決該問題。

2.3 基坑模型輕量化

在基坑模型數(shù)據(jù)匹配導入后，為使基坑監(jiān)測預警過程方便，還需對基坑模型進行輕量化處理。輕量化是在模型文件整體性的基礎上，對模型文件進行壓縮減小的過程，以減輕軟件與系統(tǒng)平臺運行負擔，提高模型文件儲存與傳輸效率，使各軟件系統(tǒng)間的網(wǎng)絡儲存與傳輸更簡便。目前，建筑基坑模型常采用Revit軟件進行繪制，參數(shù)化模型必須有Revit相關軟件才可打開查看，造成相關參與者使用不便。而采用Web端基坑模型輕量化處理就能有效解決相關問題，對模型進行輕量化處理后，進行Web輕量化基坑模型展示，只需輸入相關網(wǎng)址即可在平臺上查看，提高基坑監(jiān)測效率。

2.4 基坑監(jiān)測預測預警

完成監(jiān)測數(shù)據(jù)與基坑模型可視化編輯匹配與輕量化處理后，監(jiān)測數(shù)據(jù)信息已導入基坑BIM模型，但BIM模型的實時監(jiān)控需在三維模型中增添一維時間參數(shù)，讓靜態(tài)數(shù)據(jù)信息變成動態(tài)的彩色模擬。Navisworks軟件可實現(xiàn)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)過程模擬，從而達到對基坑監(jiān)測的預測與預警。

根據(jù)Navisworks軟件的彩色模擬功能，參照深基坑變形控制值，建立紅、橙、黃、綠預警指標體系。

1)紅色預警 當基坑監(jiān)測點數(shù)據(jù)達到控制值的100%時進行紅色預警。此時標記該監(jiān)測點并輸出意見，應停止施工，對基坑支護體系及周邊重要建筑物采取應急措施。

2)橙色預警 當基坑監(jiān)測點數(shù)據(jù)達到控制值的80%時進行橙色預警。此時標記該監(jiān)測點并輸出意見，應提高現(xiàn)場監(jiān)測頻率，加強現(xiàn)場巡視工作，采取相應應急預案及措施。

3)黃色預警 當基坑監(jiān)測點數(shù)據(jù)達到控制值的60%時進行黃色預警。此時標記該監(jiān)測點并輸出意見，應適當提高現(xiàn)場監(jiān)測頻率，加強現(xiàn)場巡視工作。

4)綠色預警 當基坑監(jiān)測點數(shù)據(jù)小于控制值的60%時，此類監(jiān)測點統(tǒng)一以綠色表示，表明基坑圍護體系和周圍管線設施均處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑各工作狀態(tài)處于正常，只需保持正常監(jiān)測頻率即可。

2.5 數(shù)據(jù)顯示輸出

監(jiān)測系統(tǒng)使監(jiān)測報表及曲線自動化輸出成為可能，系統(tǒng)內(nèi)含有每種監(jiān)測項目的報表模板，只需在報表數(shù)據(jù)設置窗口中輸入報表及曲線基本數(shù)據(jù)，包括報表編號、天氣、工程名稱、工程負責人、監(jiān)測單位、監(jiān)測時間、監(jiān)測項目、觀測員、計算員及校對員等，填寫完畢并在監(jiān)測工作完成后，系統(tǒng)自動輸出相關數(shù)據(jù)表格曲線，并根據(jù)需要導出word，pdf，excel等格式。

該監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示輸出方式減少工作人員處理大量監(jiān)測報告和數(shù)據(jù)的繁雜過程，不僅直觀展現(xiàn)監(jiān)測成果，還能整體處理和分析所有監(jiān)測成果，更易了解基坑可能的變形趨勢與安全情況，大大提高監(jiān)測數(shù)據(jù)處理速率和數(shù)據(jù)信息可視化展示效果，加速基坑監(jiān)測進程。

3 深基坑信息化監(jiān)測工程實例

3.1 工程概況

本項目由1棟475m高的塔樓及高約80m的裙樓組成，設整體地下室為4層，總用地面積29 193m2。底板面標高為-22.000～-20.500m，塔樓部分底板厚5 500mm，一般區(qū)域底板厚1 000mm，人防區(qū)域底板厚1 100mm，墊層厚150mm，墊層底標高為-26.100～-21.650m(相對高度為-1.00～3.45m)。

本工程地下室呈矩形，面積約19 912m2，周長約568m，基坑開挖深度為21.05～25.50m。根據(jù)周邊環(huán)境條件、地質情況及開挖深度，確定本工程重要性等級為一級。

3.2 模型建立

本工程根據(jù)Autodesk Revit軟件建模規(guī)則及實際要求，對深基坑進行BIM三維建模，將基坑內(nèi)各構件設置成族類別，分別建立土方、支撐樁柱、圍護墻、支撐梁等族類型，建模過程中的梁、墻、柱等建筑構件都是族文件，將這些族文件導入添加參數(shù)信息，便可完成基礎構件導入工作，再根據(jù)各構件空間位置關系添加相應參數(shù)，在平面及各立面分別調整位置，使其處于準確合適位置，將各構件相互組裝后，即可形成深基坑支護的整體BIM三維模型。

3.3 數(shù)據(jù)導入及可視化編輯

將監(jiān)測數(shù)據(jù)整理成標準格式后，將數(shù)據(jù)導入系統(tǒng)中與基坑BIM模型相匹配，將監(jiān)測參數(shù)與模型相對應，以便在三維模型上增添與修改監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.4 模型輕量化

基于Web端的基坑模型輕量化基本原理，運用Revit軟件建立基坑BIM模型后，導入基坑監(jiān)測平臺，對模型進行輕量化處理，并標記監(jiān)測點，將監(jiān)測點信息導入模型。

3.5 監(jiān)測預測預警

通過Navisworks軟件使靜態(tài)數(shù)據(jù)信息變成動態(tài)的彩色模擬，用不同顏色表示基坑變形程度。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》，基坑等級為一級，通過系統(tǒng)設置監(jiān)測點，監(jiān)測平臺內(nèi)根據(jù)監(jiān)測控制值呈現(xiàn)紅、橙、黃、綠色，代表此點的變形程度。

3.6 數(shù)據(jù)文件導出

工作人員對系統(tǒng)報表及曲線圖參數(shù)完成設置后，只需選擇需要生成的監(jiān)測報表及曲線圖，確認完畢后，系統(tǒng)將輸出選中的報表和曲線。因向導系統(tǒng)可滿足不同職業(yè)技術人員操作，有效提高深基坑監(jiān)測結果統(tǒng)計工作效率。

4 結語

本文通過闡述深基坑項目特點、監(jiān)測理論基礎及BIM技術理論基礎和特點，結合深基坑工程案例，借助信息智能化監(jiān)測系統(tǒng)，評價分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用監(jiān)測評價指導深基坑施工，通過信息化監(jiān)測反饋合理安排施工進度。

當前，深基坑項目中的信息智能化監(jiān)測技術可基本實現(xiàn)深基坑多方面監(jiān)測，確保開挖支護的安全性與穩(wěn)定性，對研究深基坑信息化監(jiān)測應用具有重要意義。同時，可進一步研究基坑監(jiān)測信息與BIM模型可視化交互。施工現(xiàn)場環(huán)境復雜多變，目前可視化數(shù)據(jù)分析只能挖掘基坑監(jiān)測信息結果，在完成可視化數(shù)據(jù)分析展示后，還需大量相關人員對其進行可行性分析。