智能化基坑监测结合BIM施工技术应用研究

智能化基坑监测结合 BIM施工技术应用研究

靳磊 张壮壮 马泽琛

中建二局第三建筑工程有限公司 北京 100070

摘要：BIM技术的优势有多维可视化、工作协同化、施工模拟化、参数信息化等，可以实现在基坑监测过程中准确快速地识别变形敏感点和危险点，直观地展现基坑变形的细微程度，可有效预防深基坑工程的施工安全事故。

关键词：智能化；基坑监测；BIM

前言

随着城市化进程的加快，建筑工程事业对地上和地下的需求提高，基坑工程在这一阶段得到了高速发展，无论是在数量上还是开挖深度上都在不断地剧增。基础建设中最常见的就是基坑，而基坑监测是基础施工中一项必不可少的内容，它直接是决策者在基础建设时的耳目，它时刻指引着基坑施工向着稳定安全的方向发展。传统基坑监测是根据开挖期间监测的结构变形和土体变位等各种信息，对勘察、设计所预期的性状与监测结果进行比较，对原设计进行评价并判断施工方案的合理性，修正原设计的不足，预测下一段施工可能出现的新行为、新动态，为进行合理组织施工提供可靠的信息，对后续的开挖方案与步骤提出建议。

1BIM技术在基坑监测、信息化管理中的作用

BIM应用在建筑工程的基础是数字化信息技术。用带有数字化的建筑元件代替实际中用来建造建筑物的构件，生产能准确无误反映建筑物的虚拟模型。BIM数字化基坑虚拟模型是一个将施工、监测、管理这三者联系在一起的动态信息平台。它是各参建单位相互协同工作的基础，各参建单位通过它实时掌握工程的动态，是一种集成化的信息管理系统。将建筑信息模型进行细化、拆分，可以看出它其实是一个多维度的模型，它不仅仅只存在于建筑工程的某一个阶段，而是渗透在工程的整个生命周期里。BIM技术在基坑监测与信息化管理方面的优势主要表现在以下两个方面。

1.1从基坑监测的角度分析

1）最直观的表达基坑的变形以及周围建筑物的沉降和倾斜，在BIM模型中采用不同颜色的色图来表示变化值大小进行呈现。2）最快速的定位到基坑中危险的位置，作业管理人员立即采取安全专项措施，将问题抑制在萌芽阶段，以确保基坑工程的施工安全。3）最有效的提前预警，根据一段时间的监测，将所有数据进行对比可以预测接下来基坑施工过程中各个部位变形的趋势，并在相对应的部位重点防护，将使风险大大降低。

1.2从基坑信息化管理方面分析

1）可以对建筑材料按照避免阻挡视线或阻碍施工的动态计算，一次性安排最合理的存放位置，避免费时费力的二次搬运。并且还可以安排后续建筑材料进场的数量和具体时间。2）管理者们无需查看报表，只需要通过智能手机或者平板电脑的终端就可以随时随地的掌握基坑的变形情况，打破了传统基坑监测管理的办法，同时它还能够让众多非管理人员也易懂，信息化管理更加的便捷。3）BIM技术在前期就可以大量地减少工程各个阶段的错误。对工程的各个参与方来说，减少错误就是降低成本。

2 BIM技术在深基坑安全监测中的应用

2.1 BIM技术在深基坑安全监测中的应用概述

建立BIM深基坑监测BIM模型，在深基坑工程施工过程中，利用BIM技术的多维可视化、施工模拟、全参数化的优势，按照监测方案中的监测要求和监测类型在模型中布置变形监测点，并添加参数信息，将工程变形监控数据与模型进行关联，利用多维可视化BIM技术，来实现基坑模型的实时监控，并根据监测点的参数数值变化模拟实现基坑监测的预警功能，从而实现对深基坑工程安全的智能监控。

2.2深基坑安全监测BIM建模

AutodeskRevit是目前使用最为广泛的BIM建模软件之一，本项目深基坑工程安全监测模型选用AutodeskRevit来BIM建模。结合本项目深基坑工程安全监测的实际要求，进行深基坑安全监测BIM建模，将深基坑的土方、护壁旋挖桩、立柱桩、顶圈梁、腰梁、格构立柱、砼支撑、土钉墙等每个构件设置成一个“族”，将族导入到项目文件中，并添加参数信息。根据深基坑设计施工图纸中的平面尺寸信息、标高信息，创建深基坑支护的整体安全监测模型。

2.3 BIM深基坑安全监测模型的应用

2.3.1深基坑工程施工模拟

该深基坑工程的施工模拟顺序为第一步：平整场地、定位放线、施工围护旋挖桩、工程桩、立柱桩，第二步：进行坑内降水并施工格构柱，第三步：开挖基坑土方至第一道砼支撑后施工顶圈梁和砼支撑，第四步：待第一道砼支撑达到强度，开挖基坑土方至第二道砼支撑底，施工腰梁和第二道砼支撑，第五步：待第二道砼支撑达到强度后开挖基坑至坑底标高。依据初定的施工方案,编制施工计划,利用数据源将施工计划导入到时间线工具之中，在Navisworks软件中添加岩土体及支护结构的场景动画并附着选择集合及动画，调试模拟，导出模拟文件，通过深基坑工程施工模拟，进行碰撞检查，预测危险源，提高深基坑工程施工的安全性。

2.3.2深基坑工程施工安全监测

在深基坑工程施工过程中，利用BIM技术的多维可视化、施工模拟、全参数化的优势，通过在Revit软件中建立的深基坑多维安全监测模型，实现深基坑工程施工安全动态警示化监测。在BIM安全监测模型中建立基坑的多维变形监测族，并在族中添加监测数据信息，包括基坑位移、支撑内力、变形、地下水位变化等不同类型的监测数据，实现监测数据与模型关联，并通过设置族函数来控制监测族的参数显示，实现监测数据的警示化。利用BIM安全监测模型，当基坑周围地表沉降、围护结构深层水平位移、围护桩顶面水平位移、围护桩顶面竖向位移、地下水位、支撑轴力、土体深层水平位移、地下管线、立柱桩竖向沉降等监测项目超过预警值时，发出警示声音，通过不同的警示声音来提示反应出现报警的监测项目，通过警示音的急促程度来反应监测项目超过预警值的大小。将深基坑工程施工的实时监测数据传导给BIM模型上的警示装置，可以形象反应基坑在任意时间点各监测区域危险源以及变形危险程度，判别深基坑工程的危险等级，实现对深基坑支护结构的变形、受力趋势的预测，动态调整深基坑的施工方案，达到快速准确消除危险节点、排除施工过程中的冲突以及风险、避免发生安全事故的目的，并根据监测点的声音变化模拟实现基坑监测的预警功能。

结束语

将BIM技术引入基坑监测，它是基坑工程上一次质的飞跃。它使基坑监测变得更加高效、可靠，分析处理数据的能力大、自动化和智能化程度高、管理更加便捷，给工程项目带来正面的影响和效益。虽然BIM基坑技术有很多优点，能够解决传统基坑监测遇到的问题，但还存在不完善的地方，第一它还处于起步阶段，取代传统基坑的监测还有很远的一段距离要走；第二BIM技术目前在基坑方面应用的还比较少，结合的的工程案例少，不成熟。以上两个主要原因导致BIM技术在基坑工程方面的推广还需要一段时间。一旦得到推广，想必到时智能化的基坑监测、信息化的基坑管理会越来越多，施工的安全性也大幅度的提高。

参考文献：

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[2]倪天鹏.深基坑工程BIM技术及信息化管理的应用[J].工程建筑设计，2017,130-132.

[3]陈丽娟.基于BIM的地铁施工空间安全管理研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[4]虞伟良.基于BIM技术的深基坑工程施工模拟研究[J].浙江建筑,2018(04).