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一篇文章看懂BIM深基坑监测信息系统

340 2020-06-30 11:46:38


随着城市地下空间开发规模扩大,高层建筑及地铁、高铁迅速发展,深基坑工程越来越多。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,深基坑开挖与支护的实时监测分析显得尤为重要。

深基坑

开挖深度超过5米(含5米)或地下室三层以上(含三层),或深度虽未超过5米,但地质条件和周围环境及地下管线特别复杂的工程。


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。

地铁及地下停车场是城市地下空间的重要利用形式

地铁及地下停车场是城市地下空间的重要利用形式


基于BIM的深基坑安全监测信息化管理优势

研究基于BIM技术的深基坑监测三维可视化及监测信息快速预报警功能,通过创建基坑及支护结构模型、周边环境及地质模型和各监测项目的测点模型,能够让监测数据驱动模型进行监测结论的可视化展现,直观而准确地抓住基坑工程变形风险点,让各参与方基于风险管理方案线上处置、线下巡查,从而节省大量分析报表的时间。

基于BIM技术的深基坑动态监测和预报警管控优势:

  • BIM+基坑监测,通过实时采集数据,实现监测数据驱动BIM模型,直观表现安全风险状态

  • 快速定位基坑围护结构及周边环境危险点,根据变形趋势及现场巡查状况快速预报警处置

  • 辅助施工开挖作业管理,各参与方能结合支护结构的历史变形预判变形趋势,加强对危险点加密监测重点关注,便于管理人员作出科学合理的决策

  • 根据其他监测项目的监测数据辅助辨识影响基坑安全的影响因素

日本美秀博物馆地下隧道

日本美秀博物馆地下隧道


基于BIM的深基坑安全监测信息系统

深基坑安全监测具有项目多、频率高、数据量大等特点。运用BIM、互联网、大数据等信息技术,搭建深基坑风险BIM管理平台,实现对新建基坑及周边环境的各监测数据实时采集、传输、处理、分析,进行基坑开挖变形历程和时程位移曲线三维空间分析,结合预报警阈值实时快速发布风险预报警信息,方便各级管理和技术人员快速、有效地判断深基坑及周边环境安全状态。

美国芝加哥深隧

美国芝加哥深隧

基坑围护结构及测点BIM模型参数化创建

BIM模型是基坑开挖、项目监测、安全状态跟踪及周边环境监控的集中展示平台,为实现深基坑安全状态可视化要求,在创建基坑BIM模型过程中,将基坑围护结构及测点拆分为基本零件,形成基坑监测工程BIM子模型库。

基坑围护结构及测点模型

基坑围护结构及测点模型

根据设计图调用模型库中相应模型,利用参数化设计,自动拼接组合成完整的基坑BIM模型,并按照施工方和第三方的监测方案完成各测点的编码,并赋予至测点BIM模型属性中,实现测点BIM模型的快速定位需求。

基于BIM的数据组织与管理

根据数据类型和用途,划分为结构信息数据库、工程信息数据库、监测项目数据库、预警事件数据库、人员数据库等5类数据库。数据库以BIM模型为核心,通过数据转换接口适配及数据融合技术,实现与BIM模型无缝集成;通过BIM模型的可视化界面,方便用户访问与基坑施工及监测过程中的信息记录,对超过预报警阈值的监测数据,实现空间和时间维度上的标记和跟踪。

深基坑BIM模型数据库结构关系

深基坑BIM模型数据库结构关系

系统架构设计

下图是基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统结构。

深基坑安全监测信息系统架构

深基坑安全监测信息系统架构

  • 数据层:包括工程信息、周边环境信息、监测项目信息、测点编码信息、测点属性信息、预警参数及人员信息,通过异构数据融合机制,将信息集成到BIM模型及中心数据库中,按一定方式读取、使用、修改和存储。

  • 模型层:通过轻量化软件,针对不同的监测项目,对数据层的数据进行组织,形成不同特性的BIM模型,提供不同用户视角下的可视化呈现。

  • 服务层:系统各BIM模型的集成管理,包括基坑及周边环境监测、预报警事件处置与跟踪、监测成果发布等服务,通过互联网技术支持基于BIM模型获取相应的模型数据,实现数据共享与应用。

  • 应用层:对数据层信息进行计算处理和分析,实现对深基坑的动态监测及预报警管控,作出精确合理决策。

系统功能设计

系统包括数据中心、数据分析、报警管控、统计信息、工程信息与系统管理等功能。

深基坑安全监测信息系统功能结构

深基坑安全监测信息系统功能结构

  • 数据中心:基于互联网、物联网和自动采集技术,实现深基坑施工动态数据实时采集、处理与传输;自动发布数据汇总表、分项报表(日报、周报、月报)、测点曲线的3层监测成果,方便用户了解工程的项目信息、监测报警、监测数据、监测曲线、现场工况、工程定位等信息。

  • 数据分析:将基坑围护结构监测成果植入BIM三维轻量化模型中,结合基坑施工工况进行基坑开挖变形历程三维可视化展示,包括时程位移曲线分析、深度位移曲线分析及两方监测数据对比分析。

  • 报警管控:根据报警规则,自动生成发布黄、橙、红3级预报警事件,包括监测报警、巡视报警、综合报警、频率报警,做到“提醒—处置—控制—消除”报警事件闭环管理;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。

  • 统计信息:统计施工方与第三方红、橙、黄3级报警事件,监测断面、测点数量与基本信息、人员信息及各线路、标段、工点、监测类型的数据上传量。

  • 工程信息:维护深基坑工程基础信息,包括监测类型、监测断面、测点、预报警阈值、参与报警处置人员、测点状态修正、BIM模型及供操作人员使用的手册。

  • 系统管理:实现系统中组织机构、人员角色、功能菜单等管理,基础数据维护及系统运行环境的配置。

日本名古屋市“荣”地下商业街

日本名古屋市“荣”地下商业街


应用实现

基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统以深基坑为应用对象,将基坑围护结构和周边环境的监测成果植入系统中,并与深基坑施工工况相结合, 展示各基坑监测控制点随基坑开挖变形历程情况、基坑深度与变形等相关指标的全方位耦合;通过计算机互联网实现深基坑安全监测数据分布式管理,极大地方便各级管理和技术人员对监测数据的管理与分析,快速、有效、准确判断深基坑安全状态,指导深基坑工程后续施工。

监测范围包括地表沉降、地下水位、桩顶水平位移、桩顶竖向位移、钢支撑轴力、混凝土支撑轴力、桩体深层水平位移、工作井净空收敛等。

钢支撑监测数据曲线分析

钢支撑监测数据曲线分析

桩体深层水平位移曲线分析

桩体深层水平位移曲线分析


基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统实现了数据采集、传输、处理与分析一体化管理,将BIM模型、施工与监测信息、预报警处置机制、监测成果发布有机融合在一起,构建了深基坑监测管控可视化协同平台,大大提高监测人员责任心,有效指导基坑施工,对基坑工程施工过程中安全风险起到预防作用。


主要内容来源:

中国铁道科学研究院(铁路BIM联盟成员单位)

杨威,王辉麟,解亚龙,智鹏. 基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统应用[J].

铁路技术创新.