摘要：随着城市地下空间开发规模的扩大，高层建筑及地铁、高铁的迅速发展，基坑工程越来越多。在人口较密集的城区，为保证基坑施工过程中的支护结构及其对周边构筑物的安全，基坑开挖与支护的实时监测分析显得尤为重要。属于临时性工程的基坑具有周边环境及地质条件复杂、不确定因素多、技术工艺繁杂、施工条件差、风险高等特点，具有较强的时空效应，“信息孤岛”现象严重，迫切需要利用BIM技术解决传统监测的诸多弊端，探索基于BIM的系统性、全面性和科学性的管理手段。
关键词：BIM技术；基坑监测；管理系统
引言
随着计算机技术的普及应用和国家工业化水平的不断提高，形成了基坑工程的自动化监测技术、基坑工程的远程监控技术以及其他的基坑监测预警系统等监测新方法。这些方法所引用的BIM(Building Information Modeling)技术，具有参数化、信息化、可视化、可模拟和集成化等优点，可以在建筑项目的设计、施工以及运维阶段等全生命周期中得到广泛应用和发展。但是，BIM技术目前在基坑工程的自动化监测方面还有待于进步一研究，本文将以此作为研究对象展开讨论。
1 基于BIM技术的基坑监测简述
1.1BIM是通过建立并应用数字信息三维模型来设计、建造和运营管理建筑项目的一种新兴技术，它使传统二维绘图的方式转变成三维绘图模式，能更加直观、全面地展示出建筑信息。BIM技术应用于基坑监测中是通过将基坑的形状、支护结构、周围的环境和各类监测点建立三维模型，再将实时监测的数据导入到模型中，并通过检测模型的5D动画模拟（三维模型＋时间轴＋变形色谱云图），就可以直观地展示出基坑变形的细微程度，从而分析和预测重要节点部位和潜在的问题，排除施工过程中的风险，消除危险节点，进行不同施工方案的比较分析。
1.2基于BIM技术的基坑监测的优势
（1）BIM技术具有可视化功能，可以将基坑支护结构的变形情况直观形象地体现出来，基坑的变形趋势可用动画的方式来准确判断；
（2）管理人员不需再查阅纸质报表，就可容易的了解基坑的安全情况和未来的变形趋势，有助于工程决策；
（3）基坑支护结构的危险点能准确快速地确定，同时根据变形趋势以及现场状况，及时制定应急预案；
（4）利用BIM技术的信息共享功能，监测人员根据监测信息，再参照水位、道路塌陷、管道变形、周围建筑沉降等其他监测数据，就可分析出基坑变形的主要原因以及影响因素。
2 基于BIM技术的基坑监测管理系统
2.1流程架构(见图1)
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图1 基于BIM技术的基坑监测管理系统流程架构
系统通过物联网、移动互联等技术，将现场多种监测仪器串联起来，通过自动采集、手动和批量录入的方式实现监测数据信息入库。对采集数据进行预处理，保证监测数据的有效性，自动计算单次变化量、累计变化量、变化速率等参数指标，并按照基坑监测的业务流程实现基于BIM模型的数据展示、图形展示、报表输出、报警的判定及消息推送，进而实现监测可视化、信息化以及管理的升级化。
2.2工程概况
铁科院科研业务用房包括1#，2#，3#楼。其中1#，2#楼地下室3层连成一体，基坑长174.10m，宽57.60m，深约14.50m，安全等级为Ⅰ～Ⅱ级。3#楼地下2层，基坑长45.30m，宽20.40m，基坑深度10.70m，安全等级为Ⅰ～Ⅱ级。2处基坑支护结构均采用桩锚支护方案，基坑场地及周边布设多条地下管线(含电力、热力、通信、给排水管线)。周边有多幢办公楼、精密检测实验室及市域繁忙道路。环境复杂，基坑开挖的稳定性和安全性对周边环境影响大。
2.3系统研发
2.3.1基坑模型
BIM模型为监测数据的信息载体。按照设计图纸创建场地、基坑护坡桩、锚杆、钢腰梁、桩间支护、冠梁、周边建筑、管线、道路的三维模型。添加相关属性信息，包括几何尺寸、材质信息、构件编号、标高数据、设计图纸编号等内容，形成符合现场应用的基坑信息模型。
2.3.2测点模型
基坑监测实施过程中，测点破坏、遮挡、结构出现裂缝需增设测点等情况时有发生，导致实际布设的测点无法与设计图纸完全相符。为避免重复修改测点模型，优化了测点BIM模型的生成方法:在基坑模型三维坐标系下，确定测点坐标，在管理系统中基于坐标直接生成测点模型(单个/批量添加)，并以测点分类结构树的形式展现，实现监测数据的关联和快速查询。
2.3.3功能设计
基坑监测管理系统拟整合信息化技术，以可视化的BIM模型作为监测信息载体，实现监测数据及巡检记录的及时上传。通过数据分析，形成各类变化曲线和展示图形，使监测成果“形象化”，方便各参与方随时掌握施工期间基坑支护结构及周边建筑管线的内力及变形情况。按规范要求输出监测报表及监控报告，减少重复工作量，建立信息反馈机制，形成有效的信息推送、报警处理流程，进而降低施工风险，提升基坑监测的信息化水平。
2.4系统应用
1)基础信息。该模块包括项目简介、项目公告、施工阶段、模型导入和图纸管理等内容。结合工程实施特点，将1#，2#基坑及3#基坑划分为2个项目单独管理，在系统内可实现不同项目切换。
2)可视化管理。对基坑支护结构模型、属性信息、设计图纸、测点模型及信息、监测数据进行可视化的展示及查询。
3)基坑监测。该模块为基于BIM技术基坑监测管理系统的核心功能模块，主要包括测点管理、巡视记录、监测数据、阶段性报告、报警管理等子模块。主要功能有添加测点(单个/批量)、日常巡视记录录入(后台/移动APP)、监测数据查询(数据列表/时程曲线)、监测日报输出、报警管理(报警列表/微信消息提醒)。
3 BIM深化应用探讨
本系统的研发目前立足于基坑监测，着重于基坑监测业务数据的采集、展示、分析及报表输出，随着应用深入，可以开展以下方面的探索:
1)纳入多方协同管理，涉及设计方、施工方、监理方等，此时系统将成为信息化综合管理平台。以基坑施工4D进度管理为例，基坑及支护结构的精细化建模、结构模型的分类编码及WBS工项分解等内容需进一步考虑。
2)基坑支护BIM模型与有限元软件有机结合，对基坑支护结构的变形、受力、稳定性进行准实时分析，直观对比实际监测与设计工况的差异，验证设计和施工方案的合理性，为基坑优化设计提供依据。
3)目前基坑监测按照规范依据变化速率、累计变化量进行指标报警。该处理方法具有广泛适用性，但也存在一定的有效度，未必能真正反映复杂基坑的整体状态。因此，未来应考虑不同的分析预测方法及模型，如回归分析、指数平滑法、灰色理论模型等，根据测试结果采用多种方式综合预测变形规律，为准确决策提供针对性的依据。
4)基坑监测结果不仅强调发展趋势，一定时间范围内更强调时效性，如雨期或夜晚施工。这就要求测试设备具有采集数据快、全天候工作的能力。因此，自动采集设备将会是一个发展趋势，这将大大促进测试的自动化、流程化。
结语
基于BIM的基坑监测信息管理系统实现了监测业务手段和管理模式的升级，未来不同参与方的协同工作机制形成后，预计将会有更广阔的应用前景。
参考文献
[1]李建飞．组合模型在基坑监测预报中的运用[D]．成都：成都理工大学，2013．
论文作者:翟子昊1,王晓蕾1,程霞2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/17
标签：基坑论文; 模型论文; 技术论文; 数据论文; 管理系统论文; 信息论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2018年第26期论文;