基于BIM技術(shù)的基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

覃淼平

基于BIM技術(shù)的基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

覃淼平

現(xiàn)在我國(guó)的工程建設(shè)發(fā)展速度在不斷加快，城市深部地下空間開發(fā)的進(jìn)程也在全面推進(jìn)，我國(guó)的深基坑工程發(fā)展無論是在理論研究方面還是在工程經(jīng)驗(yàn)方面都遇到了各種新的挑戰(zhàn)。基坑監(jiān)測(cè)作為基坑工程的重要內(nèi)容之一，在基坑施工過程中可以全面并且系統(tǒng)地檢測(cè)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境，對(duì)工程的情況有更加全面的了解，為施工的順利安全進(jìn)行打下良好基礎(chǔ)。

一、關(guān)于BIM技術(shù)的功能分析

在基坑監(jiān)測(cè)工作中運(yùn)用BIM技術(shù)是非常有益的事情，也是很值得推廣的。因?yàn)樵摷夹g(shù)在基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用可以不斷提升工程施工的可視化程度，幫助操作人員對(duì)整個(gè)過程有更加直觀的把握，工程效率可以得到全面提高，也會(huì)促使工程的管理工作比之前更為精細(xì)，現(xiàn)場(chǎng)返工的幾率就會(huì)不斷減小，我們的成本自然會(huì)得到節(jié)約。

此外，BIM技術(shù)還有許多其他的功能，比如，場(chǎng)景漫游、實(shí)時(shí)監(jiān)控、空間量測(cè)、分析報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢等等，下面我們一一介紹。

第一，場(chǎng)景漫游。自定義路徑同時(shí)還以飛行的第一人稱視角在整個(gè)三維場(chǎng)景中進(jìn)行漫游瀏覽，這樣就可以對(duì)整個(gè)工程有直觀且系統(tǒng)性的把握，空間的位置情況也可以全面掌握。第二，施工模擬。以多平臺(tái)協(xié)作的方式，模擬基坑結(jié)構(gòu)變形、周邊地面沉降情況、周邊建筑物的沉降傾斜等檢測(cè)數(shù)據(jù)并且還可以進(jìn)行應(yīng)用仿真。第三，實(shí)時(shí)監(jiān)控。按照工作的實(shí)際需要，可以對(duì)地面、地下作業(yè)面的相關(guān)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。第四，空間量測(cè)。可以提供面積、長(zhǎng)度、空間長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)，獲取坐標(biāo)和輸出標(biāo)高，并且按照具體的需要提供地面沉降量的統(tǒng)計(jì)等功能。第五，分析報(bào)警。對(duì)監(jiān)測(cè)的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，如果工作人員所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以達(dá)到某一警戒值，就可以在第一時(shí)間發(fā)出相關(guān)警報(bào)。第六，歷史數(shù)據(jù)的查詢。將結(jié)構(gòu)變形、管線變形、周邊地面沉降形態(tài)以及周邊重要建筑物的沉降傾斜等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)沿著時(shí)間軸全面展現(xiàn)出來，這時(shí)人們就可以非常便捷地查看任意時(shí)間和地點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)。

二、關(guān)于基坑監(jiān)測(cè)的重要性分析

1.基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)具體是指基坑在開挖施工過程中，工作人員運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)周圍環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化做綜合性的監(jiān)測(cè)。接著會(huì)將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)、工程情況以及預(yù)期的性狀等展開比較，對(duì)設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行全面判斷，若方案中存在缺陷和問題，就可以進(jìn)行合理的修改。并且，還可以對(duì)后續(xù)的施工提供合理的建議，根據(jù)現(xiàn)在的情況預(yù)測(cè)接下來將要發(fā)生的新行為和新情況，對(duì)有可能出現(xiàn)的工程險(xiǎn)情做出相應(yīng)的預(yù)報(bào)。相關(guān)技術(shù)人員一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的情況，就要馬上采取相應(yīng)的措施，保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全可以得到保障。

2.基坑監(jiān)測(cè)的作用分析

巖土體有自己的特點(diǎn)，如各向異性、非均質(zhì)、不連續(xù)等，這些工程性質(zhì)是導(dǎo)致我們預(yù)測(cè)工程變化困難的重要內(nèi)容和因素，因此，工程中結(jié)合理論對(duì)巖土體進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測(cè)非常有必要。基坑監(jiān)測(cè)的作用和目的就在于可以幫助工作人員得到基坑沉降和水平位移、土體變化、地下水位變化等多種變形參數(shù)，然后在這些參數(shù)的基礎(chǔ)上觀察他們的規(guī)律。基坑工程會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成很嚴(yán)重的影響，我們通過基坑監(jiān)測(cè)分析得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)規(guī)律，可以幫助我們更加合理地對(duì)工程是不是發(fā)生了異常情況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并且還為工作人員后期采取必要的預(yù)防措施帶來便利。若工作人員在監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了異常情況，就應(yīng)該及時(shí)地向監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位匯報(bào)，并和其進(jìn)行全面交流，進(jìn)而得出更為合理的處理方案，為工程的安全順利進(jìn)行做好鋪墊。

三、基于BIM技術(shù)的基坑監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例分析

1.工程的基本信息

某地的甲項(xiàng)目，工程中基坑是矩形，長(zhǎng)軸方向是北東-南西方向，長(zhǎng)度為80m，寬度是70m，坑深為32.5m，整個(gè)基坑共有地下6層，對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)開挖要求是單層開挖要小于5m，地上的周遭都是市政道路，與此同時(shí)左邊是建的雙線單洞隧道，全長(zhǎng)是780m，寬度約為22.8m，基坑開挖完成之后西側(cè)最底面間距雙線軌道頂以及側(cè)面的最短距離一定要在10m以內(nèi)。并且，基坑的左側(cè)在之前已經(jīng)挖了一個(gè)基坑邊坡，換句話說，此項(xiàng)工程的開挖是可以對(duì)下面已經(jīng)有的隧道以及左邊已經(jīng)開挖的基坑都造成很大影響的，并且這種影響是相互的，這些已經(jīng)存在的隧道和基坑也會(huì)影響到此項(xiàng)工程開挖的穩(wěn)定性以及安全。因此，在施工過程中運(yùn)用BIM技術(shù)可以對(duì)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行明確的分析，并且還會(huì)對(duì)施工過程進(jìn)行模擬，對(duì)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)展開判斷，進(jìn)而能夠?yàn)槭┕ぬ峁┓浅：侠砬铱煽康膮?shù)依據(jù)。

2.建立模型

將全站儀測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)成txt文件，用REVIT讀取坐標(biāo)點(diǎn)文件，通過場(chǎng)地選項(xiàng)建立地表模型，按照基坑的信息在二維圖形中找出基坑的位置，用建筑地坪命令，設(shè)置標(biāo)高為負(fù)值的方法創(chuàng)建出基坑模型，基坑模型效果如下圖。

基坑模型效果圖

以體量功能為工具建立隧道和已有邊坡的模型，基坑內(nèi)的土方是可以以樓板或者是體量為工具逐步建立起來，將材料的屬性設(shè)置為砂巖，用和挖方相反的順序建立起土方，然后按照從第6層到第1層的順序建立起來。為了在施工過程中達(dá)到和原有地面能夠保持一致的目的，第1層土方是要隨著坡度而進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訙p的，接著用樓板命令建立第1層和實(shí)際地面相差的部分。市政道路實(shí)際上是由樓板屬性建立起來的，設(shè)置的樓板的標(biāo)高要比地面低，但是一定要適當(dāng)，不能過分，同時(shí)還要設(shè)置材料是柏油路或者廣場(chǎng)磚。如果我們?cè)诓僮鞯倪^程中發(fā)現(xiàn)REVIT自帶材質(zhì)庫(kù)本身的材質(zhì)很少，我們是可以選擇在網(wǎng)上下載一些自己所需要的材質(zhì)庫(kù)的。建立好模型之后，構(gòu)建的類別、材料的性質(zhì)等信息都是需要一一補(bǔ)充的，例如，砂土層的重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力以及支護(hù)樁的混凝土標(biāo)號(hào)等。接著還要將模型導(dǎo)出為結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件要求的格式文件，導(dǎo)入有限元分析軟ANSYS。通過這樣的設(shè)置，工作人員就可以簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確地分析基坑、隧道和周邊地面的變形、支護(hù)受力以及穩(wěn)定性等等。除此之外，還可以通過人為干預(yù)修改軟件功能確定可能引發(fā)的錯(cuò)誤，將計(jì)算信息反饋到BIM中就可以直觀地觀察變形情況。

3.工程項(xiàng)目分析

因?yàn)榈貐^(qū)底層是傾斜成層分布的，因此基坑的應(yīng)力并不是水平的分布著的，要根據(jù)傾斜地層進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算量不只是大，最重要的是還復(fù)雜，建立傾斜地層模型就可以非常準(zhǔn)確地對(duì)受力情況還原，受力和變形情況也能快速計(jì)算出來。因?yàn)榇隧?xiàng)工程項(xiàng)目是有隧道存在的，所以工程在設(shè)計(jì)之初做了退界處理，在基坑的南北兩側(cè)都運(yùn)用了肋柱式錨桿擋墻支護(hù)，由于東面和市政管道挨的比較近，因此不能實(shí)施放坡開挖，擬采用帶有預(yù)應(yīng)力錨索的樁板擋土墻進(jìn)行支護(hù)， 西側(cè)會(huì)設(shè)有抗滑樁，因?yàn)檫@邊存在已開挖基坑，邊坡處出現(xiàn)滑動(dòng)的可能性比較大。工程采用C30混凝土，HRB400熱軋鋼筋。

通過這一系列的分析，我們可以看出，以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)建立的模型進(jìn)行有限元分析，可以為基坑的設(shè)計(jì)工作提供可靠性非常強(qiáng)的資料，建立的三維模型可以將已經(jīng)滿足規(guī)范要求但是看上去不能接受的變形全方位展現(xiàn)出來，在整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)我們就可以對(duì)其進(jìn)行充分全面的考慮。在施工過程中，我們要將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)地提交給技術(shù)人員，然后再通過BIM進(jìn)行精細(xì)的計(jì)算與分析，按照已有規(guī)律預(yù)測(cè)可能發(fā)生的情況。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一定要是真實(shí)有效且可靠的，以實(shí)際的監(jiān)測(cè)為基本標(biāo)準(zhǔn)，沒有特殊情況不允許進(jìn)行更改。除此之外，還要設(shè)定警戒值，包括變形、內(nèi)力及其變化速率。

四、結(jié)語

就現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)而言，二十一世紀(jì)必然是地下空間開發(fā)的世紀(jì)，基坑的發(fā)展也會(huì)逐步走向更大、更深的發(fā)展。這就從宏觀角度告誡我們，基坑工程這一實(shí)踐性學(xué)科需要不斷突破，現(xiàn)在BIM技術(shù)和基坑監(jiān)測(cè)的全面結(jié)合，將會(huì)對(duì)施工和反饋設(shè)計(jì)帶來非常好的指導(dǎo)，全面推動(dòng)我國(guó)這兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與推廣，同時(shí)水平也會(huì)有更大程度上的提升，為滿足我們的實(shí)際工作需求打下良好的基礎(chǔ)。

（作者單位：廣西建工集團(tuán)聯(lián)合建設(shè)有限公司）