基于BIM技术的深基坑监测应用研究_孙正旺.pdf

2023年第1期孙正旺：基于BIM技术的深基坑监测应用研究基于 BIM 技术的深基坑监测应用研究孙正旺（南京工业大学土木工程学院，江苏 南京211816）摘要：传统的深基坑监测依据于人工利用仪器监测，存在着手抄数据、数据处理效率低下和数据时效性差等问题，无法高效且真实的反应现阶段深大基坑变形的情况。文章以BIM技术为基础，结合传感器技术、SQL Server数据库和BIMFACE轻量化平台，实现了深基坑监测从数据自动采集、智能处理和基坑预警等一体化的管理流程，对深基坑安全施工起到重要的保障作用。关键词：BIM技术；深基坑监测；数据库；BIMFACEAbstract:Traditional deep foundation pit monitoring relies on the manual use of instruments,which has slowmanual data entry,inefficient data processing process and poor timeliness of data collection.Moreover,thismethod cannot effectively and truly reflect the deformation of deep and large foundation pits at this stage.Basedon BIM Technology,combined with sensor technology,SQL Server database and BimFace lightweight platform,the paper realizes an integrated management process of deep foundation pit monitoring from automatic dataacquisition,intelligent processing and foundation pit early warning,which plays an important role in ensuringthe safe construction of deep foundation pit.Key words:BIM Technology；deep foundation pit monitoring；database；BIMFACE中图分类号 TV551.4文献标识码 A 文章编号1004-5538（2023）01-0040-030引言在我国经济建设发展的同时，因城市建设引发的地上空间资源利用有限，地下空间的探索使得深基坑工程朝着更大、更深、更险和更难的方向发展。深基坑监测结果将作为决定性因素直接影响深基坑工程施工的安全和质量。而传统的基坑监测存在效率低、时效性差和精度低等问题。现利用Revit建立基坑监测三维模型，引用传感器技术实现基坑监测的数据智能化采集，引用SQL Server数据库实现监测数据的智能管理，利用BimFace软件实现模型的轻量化发布和移动端信息预警等。以BIM技术为基础实现了深基坑监测从数据自动处理到监测预警的一体化智能管理，在深基坑安全施工中扮演着重要的角色。1基于BIM的深基坑监测技术概述1.1基于BIM的深基坑监测现状BIM（Building Information Modeling）通过搭建三维模型的方式展示建筑物全生命周期过程中包含的所有信息，它使传统CAD绘图方式转变成三维模型模式，能更加直观、全面地展示出建筑的信息1。依据规范GB504972009建筑基坑工程监测技术规范2中的规定：开挖深度超过5 m、或开挖深度未超过5 m但地质情况和周围环境复杂的基坑工程均应实施基坑工程监测。传统的深基坑监测模式为：埋设监测点监测数据记录数据简单处理生成监测报表。这种模式存在数据处理效率低、数据保存方式简单、难以进行规律总结和信息反馈不及时等问题。随着科技的快速发展，将传感器技术、BIM和互联网等技术引入到深基坑监测中，进行信息化、智能化监测已经成为了时代发展的趋势。1.2 BIM技术结合深基坑监测优势分析（1）对于不满足规范报警值和预警值的监测族试验研究40-2023年第1期图1AD地块基坑支护模型构件，可利用BIM技术的可模拟性对监测构件的变形进行动态模拟，直观展现变形过程。（2）利用BIM二次开发技术，对于不满足监测要求的族构件可以导出族构件的ID，根据ID可以快速定位到该危险点，根据变形情况紧急做出预案管理。（3）将监测的结果进行色彩区分，可以解决非专业人员和专业人员之间沟通的障碍，便于现场管控。（4）结合预警结果和处置方案借用BimFace平台进行模型的轻量化发布，可以实现移动端浏览，可用于远程指导施工。（5）引用数据库对监测数据进行安全信息管理，结合以往数据，进行监测变形趋势的判断，并且利用数据库和BIM模型进行数据联动，实现数据的模型利用化。2基于BIM技术的基坑监测一体化管理开发应用研究2.1项目介绍及模型建立（1）项目简介某深基坑监测项目位于南京市建邺区，基坑工程总面积为17 517 m2，基坑总周长约为3 110 m。本项目基坑分为A、B、C、D四个地块，北靠庐山路，南接中和路，东、西两侧分别与宜悦街及友谊街相邻，地块间以道路为区隔，分别为永初路及元前路。其中具有代表性研究地块，A地块坑底标高为-17.15-18.15 m，开挖深度为16.6517.65 m，D地块坑底标高为-13.15 m，开挖深度为12.65 m。基坑场地属于长江漫滩地貌单元，基坑安全等级为一级，基坑周围环境复杂，基坑开挖的稳定性和安全性对周边环境影响极大。（2）模型建立首先对项目文件CAD图纸进行处理，删除不必要的文字说明信息后，留下关键的轴网信息方便图纸定位和构件标注信息方便识别。接着将CAD图纸链接到Revit文件中进行模型建立，创建深基坑工程支护模型。依次创建地下连续墙、基坑加固桩、格构柱、支撑梁、梁加腋和栈桥板等模型，建立构件编码、变化速率和累计变化量等族实例参数，并且利用Dynamo可视化编程技术完成模型构件的自动编码。AD地块模型如图1所示。2.2基于传感器技术的数据自动传输传统的深基坑基于仪器的监测存在效率低、实时性滞后、准确性等问题3。该课题基坑监测利用传感器等设备并且通过搭建无线网络系统协议利用代码将传感器感知的信息自动传输给计算机，极大地提高了深基坑监测的工作效率和确保数据的准确性。基坑监测现场搭建的无线网络系统主要由三部分组成，第一部分主要分为收发器和服务器，负责发送数据的采集收集命令；第二部分主要分为中继器，传递收发器的命令,当采集器和收发器之间距离过远和两者之间有障碍物时，中继器还可以起到保证信号畅通的作用。采集器负责数据的收集工作并将数据传递给中继器。整个收发系统的装置都有利用ID保证信号传输的精准性。数据传输流程如图2所示。2.3基于SQL Server的基坑监测数据库研究利用SQL Server数据库，根据监测对象、监测设备的不同以及监测点的数据和报警信息，分别建立监测项目信息子表，监测类型子表、监测数据子表、报警信息子表和监测点数据子表。这五张子表分别通过项目ID、类型ID、监测数据ID、报警信息ID和监测点ID为主键从而保证数据的唯一性，各表之间通过外键相互关联。利用SQL语言实现监测数据表和报警信息表之间的运算，实现监测数据的自动判断处理。2.4基于Revit的基坑监测管理模块的开发研究图2数据传输流程孙正旺：基于BIM技术的深基坑监测应用研究试验研究41-2023年第1期2.4.1自动筛选功能利用BIM技术可视化的特点，用模型的方式来展示数据信息和监测结果，但需要将监测族构件与普通族构件区分开来，从而便于监测信息查询。通过建立族实例参数，在族参数中添加“是”从而作为判别条件，并且可以导出监测族构件编码和ID，利用Revit自带的功能根据ID查询构件，从而实现监测族构件的定位和信息查询。2.4.2基坑监测数据库利用C语言进行二次开发，实现了基坑监测数据库和基坑三维模型的数据的相互传递，自动调取模型中的数据信息到数据库，数据库中的监测数据自动传输到基坑三维模型中。输入要导入到基坑监测数据库中的族参数名称，通过映射获取写入的族名称为数据库表中的列名，通过拼凑SQL语句调取Revit中的族参数数值，实现将Revit中的族参数数据自动导入至数据库中。同理将数据库中的数值输入至族参数中。2.5基于BIMFACE的模型的轻量化发布利用BimFace生成的网页端分享界面，由于BIM模型是三维的表达，需要借助图形技术使用更轻量化的方式进行浏览，比如使用网页浏览器或手机直接打开。利用BimFace方便领导管理层与现场技术人员之间的信息传递,打破了信息传递的壁垒，突破了模型受限于大型软件的桎梏。文章利用BimFace提供的API进行二次开发，将监测数值大于预警值的构件进行色彩模拟。将监测数值大于报警值的进行基坑预警，即利用代码实现将不满足报警值的ID自动从数据库传输到BimFace平台，BimFace根据ID进行构件色彩变红并弹出危险警报框。并且利用BimFace平台能导出不满足报警值的ID和构件的定位。3结论结合项目基坑监测的需要，研究设计了基于BIM技术的基坑工程监测一体化应用流程，实现了以下价值点:（1）信息可视化。创建了基坑工程模型，场地布置模型和对监测族构件添加族参数，使得构件的几何信息和监测信息可视化。（2）监测数据智能传输、处理。利用传感器和代码实现了监测数据自动传输到数据库，利用SQL语言实现了数据表之间的相互关联和运算，利用二次开发实现了模型和监测数据库之间的数据流通。（3）监测结果的移动端发布。利用BimFace软件结合二次开发实现了模型的轻量化发布、监测预警并且生成移动端分享链接，方便管理者和现场监测人员的信息传递，对基坑监测现场管理具有现实意义。参考文献1何清华，钱丽丽，段云峰，等.BIM在国内外的应用现状及障碍研究J.工程管理学报，2012，26（1）：12-16.2 GB 504972009，建筑基坑工程监测技术规范S.3杨俊.BIM技术在深基坑监测中的应用J.江苏建材，2019（S2）：70-72.作者：孙正旺（1995-），男，研究生，建筑与土木工程专业。（编辑：徐萍）（收稿日期：2022-12-1）孙正旺：基于BIM技术的深基坑监测应用研究投稿须知一、请作者遵守出版法规，请勿一稿多投。二、来稿请发小4号宋体电子文稿，标明具体联系地址、电话、邮编、第一作者简介。三、来稿中的内容、图片均须符合国家著作权法，文责自负。四、对文稿和图片本刊有权审改。五、来稿两周内未接录用通知可自行处理。本刊编辑部试验研究42-