BIM基坑監測管理系統

隨著高層建筑、復雜地下工程、大跨度橋梁工程的迅猛發展，基坑工程在向“更深、更難、更險、更大”的方向發展?；拥陌踩c穩定直接關系到基坑本身及鄰近建筑物、基坑周邊道路和鄰近地下管線的安全。

《建筑基坑工程監測技術規范》規定：開挖深度超過5m、或開挖深度未超過5m但現場地質情況和周圍環境較復雜的基坑工程均應實施基坑工程監測。

基坑工程現場監測采用儀器監測與巡視檢查結合的方法，監測一般從工程施工前開始，至地下工程完成為止，對有特殊要求的周邊環境監測應根據需要延續至變形趨于穩定后才能結束。監測過程中，針對關鍵部位做到重點觀測，形成有效、完整的監測流程，保證監測數據的及時性和可靠性。當出現超限、嚴重開裂等異常情況時，應加強監測，提高監測頻率。

基坑監測的實施流程

伴隨移動互聯網、物聯網、云計算、BIM等信息技術的發展，基坑監測可通過融合多種信息化元素來實現流程的升級再造。從業主和監測方應用需求出發，結合工程實際，構建以數據庫為基礎，打造集可視化管理、基坑監測業務管理、狀態評估分析為一體的基坑監測信息管理系統，充分發揮基坑監測的工程效用，確?；雍椭苓叚h境的安全。

鐵路工程建設項目管理理論技術

系統通過物聯網、移動互聯等技術，將現場多種監測儀器串聯起來，通過自動采集、手動和批量錄入的方式實現監測數據信息入庫。對采集數據進行預處理，保證監測數據的有效性，自動計算單次變化量、累計變化量、變化速率等參數指標，并按照基坑監測的業務流程實現基于BIM模型的數據展示、圖形展示、報表輸出、報警的判定及消息推送，進而實現監測可視化、信息化以及管理的升級化。

BIM基坑監測管理系統流程架構

系統通過物聯網、移動互聯等技術，將現場多種監測儀器串聯起來，通過自動采集、手動和批量錄入的方式實現監測數據信息入庫。對采集數據進行預處理，保證監測數據的有效性，自動計算單次變化量、累計變化量、變化速率等參數指標，并按照基坑監測的業務流程實現基于BIM模型的數據展示、圖形展示、報表輸出、報警的判定及消息推送，進而實現監測可視化、信息化以及管理的升級化。

中國鐵道科學研究院集團有限公司（簡稱鐵科院）科研業務用房包括1#～3#樓。其中1#、2#樓地下室3層連成一體，基坑長174.1m，寬57.6m，深14.5m，安全等級為Ⅰ～Ⅱ級。3#樓地下2層，基坑長45.3m，寬20.4m，基坑深度10.7m，安全等級為Ⅰ～Ⅱ級。2處基坑支護結構均采用樁錨支護方案，基坑場地及周邊布設多條地下管線。周邊有多幢辦公樓、精密檢測試驗室及市域繁忙道路。環境復雜。

系統研發

數據庫統計

按照不同的監測設備和監測類型進行分類，在數據庫內創建不同的表。測點信息如下。通過測點編號關聯查詢，進而實現監測數據的綜合應用。

測點信息

基坑模型

BIM模型為監測數據的信息載體。按照設計圖紙創建場地、基坑護坡樁、錨桿、鋼腰梁、樁間支護、冠梁、周邊建筑、管線、道路的三維模型。添加相關屬性信息，包括幾何尺寸、材質信息、構件編號、標高數據、設計圖紙編號等內容，形成符合現場應用的基坑信息模型。

科研業務用房1#、2#基坑樁錨支護結構模型

測點模型

基坑監測實施過程中，測點破壞、遮擋、結構出現裂縫需增設測點等情況時有發生，導致實際布設的測點無法與設計圖紙完全相符。為避免重復修改測點模型，優化了測點BIM模型的生成方法：在基坑模型三維坐標系下，確定測點坐標，在管理系統中基于坐標直接生成測點模型（單個/批量添加），并以測點分類結構樹的形式展現，實現監測數據的關聯和快速查詢。

功能設計

基坑監測管理系統擬整合信息化技術，以可視化的BIM模型作為監測信息載體，實現監測數據及巡檢記錄的及時上傳。通過數據分析，形成各類變化曲線和展示圖形，使監測成果“形象化”，方便各參與方隨時掌握施工期間基坑支護結構及周邊建筑管線的內力及變形情況。按規范要求輸出監測報表及監控報告，減少重復工作量，建立信息反饋機制，形成有效的信息推送、報警處理流程，進而降低施工風險，提升基坑監測的信息化水平。

BIM基坑監測管理系統的設計功能包含基礎信息、可視化管理、基坑監測、檔案資料管理、系統管理和模塊管理。系統各功能采用插件式架構設計，各功能子模塊設計兼顧安全性和易用性，保證系統功能的可擴展性和可維護性。

系統應用

基礎信息

該模塊包括項目簡介、項目公告、施工階段、模型導入和圖紙管理等內容。結合工程實施特點，將1#、2#基坑及3#基坑劃分為2個項目單獨管理，在系統內可實現不同項目切換。

基礎信息管理

可視化管理

對基坑支護結構模型、屬性信息、設計圖紙、測點模型及信息、監測數據進行可視化的展示及查詢。

院科研業務用房3#基坑支護及周邊環境

基坑監測

該模塊為基于BIM技術基坑監測管理系統的核心功能模塊，主要包括測點管理、巡視記錄、監測數據、階段性報告、報警管理等子模塊。主要功能有添加測點（單個/批量）、日常巡視記錄錄入（后臺/移動app）、監測數據查詢（數據列表/時程曲線）見圖６)、監測日報輸出、報警管理（報警列表/微信消息提醒），見圖７。

監測數據的展示及分析

巡視app界面及基于微信的消息推送（測試）

BIM深化應用

目前，系統研發立足于基坑監測，著重于基坑監測業務數據的采集、展示、分析及報表輸出，隨著應用深入，可開展以下探索：

• 納入多方協同管理，涉及設計方、施工方、監理方等，此時系統將成為信息化綜合管理平臺。以基坑施工4D進度管理為例，基坑及支護結構的精細化建模、結構模型的分類編碼及WBS工項分解等內容需進一步考慮
• 基坑支護BIM模型與有限元軟件有機結合，對基坑支護結構的變形、受力、穩定性進行準實時分析，直觀對比實際監測與設計工況的差異，驗證設計和施工方案的合理性，為基坑優化設計提供依據
• 目前基坑監測按照規范依據變化速率、累計變化量進行指標報警。該方法存在一定有效度，未必真正反映復雜基坑的整體狀態。未來應考慮不同的分析預測方法及模型，如回歸分析、指數平滑法、灰色理論模型等，根據測試結果采用多種方式綜合預測變形規律
• 基坑監測結果不僅強調發展趨勢，一定時間范圍內更強調時效性，如雨期或夜晚施工。這要求測試設備具有采集數據快、全天候工作的能力。自動采集設備將促進測試的自動化、流程化

結合鐵科院科研業務用房基坑監測應用需求，研發了基于BIM的基坑監測管理系統，實現了模型可視化、監測可視化、設計屬性信息化、基坑監測信息化、管理升級化等價值點。系統使監測業務手段和管理模式升級，不同參與方協同工作機制形成后，將會有更廣闊的應用前景。