基于BIM 技术的基坑监测应用研究

孙艳崇

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳110122）

1 BIM技术应用基坑监测

基坑开挖及支护施工过程中，基坑的土体压力状态发生了改变，围护结构由于承受的荷载发生了变化，而导致围护结构和土体的变形，如果变形值达到一定极限，将造成基坑的失稳破坏或周围地表环境发生沉陷，甚至造成邻近构筑物和设施的失效或破坏，造成安全事故。

针对某些基坑工程的“深、大、难、险及涉及的周边环境及地质条件复杂”等特点，传统的基坑安全监测管理手段难以满足对工程整体安全状态的可视化，对基坑支护结构的变形趋势难以准确判断。将BIM三维可视化建模技术应用到基坑变形监测工作中，可以有效的解决基坑变形监测不便直观表现其变形趋势的缺点。通过采用BIM技术将基坑的周围场地环境，基坑形状及其围护结构建立三维可视化动态模型，并在模型加入时间参数；这样的四维基坑监测模型通过变化色谱云图的的方式，表现其动态的变形状态，可以方便基坑施工人员查看基坑围护结构及周围构筑物的变形情况。

2 BIM技术在基坑监测中的应用

以Revit 三维可视化建模技术为基础，用户自定义基坑构件族，并采用C#语言对Revit 进行二次开发，实现对基坑监测管理族构件进行批量自动的构建及信息的提取；并通过对基坑工程监测管理模式的进一步研究，对已有监测管理技术进行有效的优化设计，基坑施工技术人员可以更有效的对监测数据进行管理与分析，更加方便的指导基坑工程后续施工，对基坑工程施工过程中有效的起到风险预防的作用。

基于BIM技术的基坑三维可视化监测系统需要实现观测数据采集、传输、处理、分析与预测的一体化管理。将BIM三维模型信息、基坑施工信息、基坑变形监测信息及预报预警机制有机融合在一起，构建出基坑监测管控可视化协同平台。

2.1 基坑围护结构及监测点BIM模型参数化创建。基于BIM技术的基坑三维模型是基坑工程施工、基坑变形监测、基坑安全性能预测及周围场地环境状态监控的集中展示平台，为了实现基坑安全状态实时三维可视化的要求，在建立基坑BIM模型的过程中，将基坑围护结构及监测点设定为基本单位元素，以Revit 建模技术为基础，创建基坑变形监测模型的参数化族构件。根据设计图纸中相应数据及模型，利用Revit 参数化设计功能，最终生成完整的BIM基坑监测三维可视化动态模型，并按照建设单位、施工单位及监测单位相关人员核定的方案完成各测点的编码，以便快速实现对测点BIM模型的定位需求。

利用BIM软件（如Autodesk Revit）对施工现场进行合理的规划布置并建立三维动态模型，并与基坑模型在同一软件平台上进行整合，常规场地建模以获取相关的高程点或等高线为基础数据，然后导入BIM软件中自动生成三维场地模型；如果基坑模型精度要求高，并且现场地形比较复杂多变，可以采用三维激光扫描仪获取现场点云数据，将此数据处理后导入到BIM模型中，建立更加精确的三维模型。

通过创建基坑及支护结构模型、场地环境模型及监测点模型，实现监测数据自动生成可视化三维模型，这样可以直观而准确地显示出基坑工程变形的风险点，有利于工程相关人员线上处置、线下巡查，从而节省大量分析报表的时间。

图1 基坑几何模型图

图2 基坑网格划分图

2.2 基于BIM的基坑施工数据组织与管理。基于BIM技术的基坑安全监测信息系统以基坑为应用对象，将基坑围护支撑结构和现场周边环境的监测成果植入系统中，并与基坑施工方法相结合，展示出各监测控制点随基坑开挖变形的历程情况，通过计算机互联网实现基坑安全监测数据分布式管理。

由于基坑施工过程及监测过程中涉及的数据来源多样、维护基坑工程基础信息，包括监测类型、监测断面、测点、预报警阈值等，根据基坑施工数据类型和用途，可以将数据划分为5 类，分别为：基坑结构信息数据库、基坑工程信息数据库、基坑监测项目数据库、基坑监测预警数据库及施工人员信息数据库等。数据库的建立要求以BIM模型为核心，通过C#语言开发，实现BIM基坑三维模型与项目信息数据库的集成。

2.3 基于BIM的数据分析及报警管控。将基坑围护支撑结构监测数据导入到BIM三维可视化模型中，对基坑工程施工开挖进度及变形历程进行三维可视化动态显示，内容包含时程位移曲线分析和深度位移曲线分析。根据测量规范，对每种监测项目是否及时上传数据定时提醒与统计，保证数据的时效性。基坑监测的预警限值由设计单位、监理单位、施工单位及监测单位根据相关规范并结合基坑开挖深度、周边地表环境特点进行设定，包括总量控制和增量控制，基坑及支护结构报警值应根据土质特征，设计结果及工程经验等因素确定；当无工程经验时，可根据土质特征、设计结果按监测项目控制值的70%确定；系统根据预设的限值，自动生成并发布黄、橙、红三级预报警事件，做到“提醒- 处置- 控制- 消除”报警事件闭环管理。

监测工作采取“现场监测——数据处理——变形控制——监测验证”的基坑信息化施工方法，该方法有利于及时发现施工中存在的问题，这样可以及时改进相关施工技术措施，以取得良好的工程效果和节约有效的时间。

通过BIM三维模型的可视化管理，用户可以方便的访问监测数据及相关模型信息，对超出预警限值的基坑变形监测数据，实现时间和空间维度上的双重标记和跟踪预测，实现对基坑变形监测数据的实时采集、处理、分析及预报，自动生成基坑开挖变形历程和时程三维曲线，并结合预报警限值自动实时快速发布风险预警信息，有利于施工单位人员和建设单位人员及时做出正确的工程决策。

图3 基坑可视化监测系统

3 结论

将BIM三维基坑模型、施工与监测数据、预警限值及处理机制机制、监测成果发布融合在一起，构建出基坑监测可视化协同管控平台，对基坑工程施工安全风险起到主动预防的作用。基于BIM技术的基坑变形监测系统可以实现数据采集、数据传输、数据处理与分析集成化管理，基坑可视化变形监测模型系统作为指导基坑工程施工的眼睛，其用途主要有以下三个方面：（1）通过分析项目现场的变形监测数据，指导基坑工程的施工与管理，依据变形监测数据设计合理的基坑强度。（2）依据变形监测数据，可以及时掌握施工现场的基坑支护结构、周边场地建筑物、地下管线的沉降及位置变化情况。（3）通过监测数据及时准确的掌握变形较大的点位，有利于基坑管理人员及时有效的分析变形原因。

BIM三维模型的建立需要以施工测量获得的数据为基础，施工测量又可以借助BIM三维建模技术作为辅助手段，BIM技术还可以进行指导施工放样，由于BIM三维精细化建模技术为施工测量放样提供强大的三维可视效果，这样可以更有效的减少测量误差，对提高施工测量的精确发挥一定的作用。BIM技术建立的三维模型完全可以替代施工图纸，可以很方便的获得到特征点的三维坐标信息，有效的提高了测量工作效率。