结合BIM技术的智能监测系统在重建工程深基坑中的应用

结合BIM技术的智能监测系统在重建工程深基坑中的应用

李红阳, ,彭真 ,徐雪岩

  中建二局第二建筑工程有限公司 南京 210000

摘要：结合梅山饭店南楼重建项目，介绍智能监测系统结合BIM技术在重建工程深基坑中的应用，通过施工经验，对BIM技术与智能监测的应用进行探讨总结，以提高深基坑监测的高效性、实时性、准测性，最终达到保证深基坑施工安全性的目的。

关键词：重建项目、深基坑、BIM技术、智能监测

1  前言

随着社会的不断发展，老旧建筑的翻新重建能让城市规划更加合理，改善建筑功能，让建筑适应现代化发展，重新焕发生命力。但是，需要重建的老旧建筑常常位于城市核心位置，而且往往有着更大的地下空间需求，所以对地基深度有着更高的要求。因此重建工程项目施工环境更为复杂，若施工过程出现问题，必然会严重影响周边道路交通，群众的生命安全。因此，重建项目施工必须切实做好深基坑监测工作，科学运用技术手段来确保支护结构与附近建筑物的安全性和平稳性。BIM技术是实现工程精细化管理的重要手段，结合BIM技术的智能化监测，能够解决传统监测方法不够稳定、精度不够高等问题。本研究旨在通过文献综述，结合自身工作经验，探讨总结结合BIM技术的智能监测系统在重建工程深基坑中的应用方法与路线，以期为深基坑工程的智能化监测提供借鉴和思路。

2  工程概况

2.1深基坑工程概况

梅山饭店有限公司南楼重建项目新建建筑物占地面积5080平方米，新建总建筑面积约47198平方米，建筑高度81.60米，地上建筑面积约35716平方米，基坑面积11482平方米，基坑深度10.8~16.8米.  基坑支护采用双排桩支护+水平内支撑，放坡+支护桩+水平内支撑，放坡+支护桩+内支撑支护，双排桩+水平内支撑，放坡+双排桩支护5种支护形式，安全等级均为一级。

2.2周边环境条件

基坑北侧为已有建筑,基坑开挖线距北侧已建饭店7.127m,东侧开挖线距水体约31.0m,南侧开挖线距饭店边界围墙约5.6m;基坑西侧为在建负二层地库及小区,场地现状为空地,具体详见图1。

图1

2.3水文及地质条件

拆迁后整平场地，局部有景观树木。场地整体西南高，东北低，地形起伏较大，拟建场地局部埋有老基础。勘察期间测得勘探孔孔口处地面标高为32.40～37.00m，高差4.71m。场地地貌单元为江淮波状平原。微地貌单元为岗地。建场地内地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于①层杂填土中，该层地下水主要由大气降水入渗及地表径流补给，受大气降水、季节、气候及地形的影响变化较大，以蒸发及流向低洼处的方式排泄，该层地下水水位不连续，含水量与杂填土厚度关系密切，水量一般。勘察期间测得上层滞水稳定地下水位埋深为1.10～2.50m，稳定地下水位标高为30.30～35.80m。地下水水位年变化幅度约1.0～2.0m。

基岩裂隙水主要赋存于④层强风化砂质泥岩及⑤层中风化砂质泥岩顶部，主要受源头补给区降水及地表水入渗补给，侧向径流排泄。该层地下水具有弱承压性，一般水头标高为18.00～20.00m，地下水水位年变化幅度约0.5～1.0m。

3  基于BIM的智能监测系统

3.1概述

自动化智能监测系统主要由数据采集、数据处理与成果发布三个模块构成，将BIM技术引入深基坑的监测中，建立基坑、支护结构、周边环境以及测点模型，可以实时获取基坑变形数据并导入模型，进行分析，可视化的形式呈现，实现基坑的智能监测的系统。

3.2监测流程

建立基坑变形模型        使用3D扫描，无人机，智能全站仪对基坑数据获取        通过检测数据，变形云图对基坑数据实时展示         数据智能分析         检测分析结果进行处理。

3.3实施要点

（1）布置基坑监测测点，使用无人机、3D激光扫描仪、智能全站仪及光栅监测等硬件设备与技术自动获取基坑变形的数据（2）将获取到的基坑监测数据利用网络实时传递并导入已经建立好的BIM模型，并与基坑相应部位、测点进行关联，利用BIM 5D技术，自动建立不同时段的变形模型，直观地展示其变形情况与趋势，智能预测可能的变形曲线。（3）根据每个测点的允许变形阈值和变化速率阈值，分析评定其安全等级并及时反馈。（4）根据检测分析结果对基坑进行处理。

4  应用要点

4.1基准点布设

在深基坑工程监测工作中，在工程施工现场周围区域合理布设基准点，通常需要设置六个以上的全站仪，基准点布设在对基坑边坡变形影响较小的位置，以此更加全面地了解深基坑工程施工状况，最大限度上减少工程施工对周围环境的影响，有效保障深基坑建设的安全性与可靠性。同时，针对基准点的布设，相关人员必须对工程施工现场进行全面勘察，尤其是对土体位移变化情况的勘察，实时监测深基坑工程整个土体开挖中的土体位移变动状况，精准地掌握基坑动态变化情况，从而更加科学、有效地设置基准点。

4.2监测点布设

测点位置的确定应结合工程性质、周边环境、地下管线分布、地质条件、设计要求、施工特点、监测费用等因素综合考虑。本工程中基坑工程中的支撑结构和围护墙承担着一定的荷载，若在具体施工中发生具体支撑轴力与设计冲突的情况，必然会造成支护体系逐渐丧失稳定性，给整个工程造成严重的危害。所以需对轴力大小加以动态监测，在支撑构件处设置轴力监测点。应力测点应布置在支护结构设计中的最不利位置和断面，如最大变形和最大内力处。在实施多项监测内容时，各类测点的布置在时间上和空间上应该有机结合，力求使同一监测部位能同时反映不同的物理变化量，以便找出其内在的联系和变化规律。测点布置重点在降水及开挖土方的影响区域，主要着眼于监测支护结构的变形，周围管线与建筑物的变形和地下水位的变化。测点布置还应充分考虑施工方法和施工顺序，同时还要考虑施工过程中对测点影响的问题。对重要的监测对象，监测点宜适当加密布置。

4.3监测元器件的选择与布设

基于深基坑自动化智能监测系统将监测元器件进行联通，可划分成三个层级，一级是由现场工作站内的收发器与服务器构成的网络，二级是由分布在工作站与基坑之间的多个中继器构成的网络，三级是由分布在基坑内部每一个监测点的采集器构成的网络。个层级之间分工明确，相辅相成，实现对监测信息及时有效的收集、传递及处理。现场主要采用以下硬件：

（1）液压式静力水准仪

液压式静力水准仪是电感调频的总线型位移计由液缸，浮简，精密液位计，保护罩等部件组成，适用于测量参考点与测试点间土体的相对位移，用于测量支护桩竖向位移。

（2）投入式水位传感器

投入式水位传感器是测量水位的压力传感器投入式水位传感器是基于所测液体静压与该液体的高度成比例原理，采用先进的隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号，用于地下水位高度监测。

（3）测量机器人

测量机器人是能进行自动搜索、识别及精确照准目标并能自动获取距离、角度、三维坐标和影像等测量信息的智能型电子全站仪。测量机器人是在普通全站仪的基础_上集成驱动系统、CCD影像传感器系统，并配置智能化的应用件及控制系统发展而成。自动目标寻找、智能识别及精确照准能力都很强，对多个测量目标点可在短时间内完成持续、重复观测工作，用于支护桩的水平和竖向位移监测。

（4）六轴力传感器

GAPI六分力传感器是一种电容式力传感器，可以同时检测6个轴(Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz)上的三个方向的力分量和三个方向的力矩分量，使用WACOH-TECH原有的塞子机构作为防止过载用于监测负载和力矩，用于支撑的轴力监测。

（5）监测平台

监测平台可以对工程现场所有监测元器件收集到的数据信息进行收集和汇总，然后借助相关软件对这些数据信息进行处理、分析及预测，即利用该平台所具备的原始监测数据筛选和变形数据计算等功能，实现对深基坑变形数据的统计分析与短时预测，能够很好地满足深基坑工程现场施工监测的要求。

5   结语

复杂地区重建建筑的基坑深切的影响深基坑支护结构及其四周建筑物的安全性、平稳性。结合BIM技术的智能监测系统在该条件下监测中具有独特的优势，反应灵敏，预警迅速，对工程顺利开展及采取及时有效的应急预案具有良好预警作用，积极运用BIM智能监测技术来实现对整个工程施工的自动监测、实时监测，切实提高监测结果的精准度和实效性，从而尽可能减少深基坑施工中发生变形的风险，确保整个工程施工工作的安全、顺利开展。

参考文献: 

[1]贾子健,姚爱敏. 桩锚支护深基坑监测成果与分析[C]//.勘测院第四届科技大会论文集.,2022:116-118.DOI:10.26914/c.cnkihy.2022.015844.

[2]卓镇权.BIM技术在深基坑监测中的应用研究[J].西部资源,2022(02):20-22.DOI:10.16631/j.cnki.cn15-1331/p.2022.02.004.

[3]李军伟.自动化监测系统在深基坑监测中的可靠性分析[J].世界有色金属,2022(02):34-36.

第一作者简介：李红阳  男（1995-） 本科 助理级工程师

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