某深基坑案例信息智能化監測應用研究

丁智聰，唐 紅

(武漢科技大學城市建設學院，湖北 武漢 430065)

0 引言

深基坑施工過程經常受地下水位、地質條件及建筑周邊環境等因素影響，極易發生傾斜及坍塌事故，導致施工人員與資源財產受到損失，需對深基坑進行實時監測。傳統監測方法通過全站儀、水準儀等監測儀器測量離散點，獲得通過文字、表格和二維曲線方式顯示基坑變形的趨勢，但這種方法較難立刻發現危險源，以至于影響項目決策。近年來，信息智能化監測借助BIM可視化、協調性、模擬性及參數化等優勢，與基坑監測平臺相結合，可在深基坑監測過程中快速提取危險點與變形敏感點，還能直觀展現基坑變形程度，對深基坑監測信息化發展起推動作用。本文系統介紹智能化監測流程，將基坑信息智能化監測技術應用到某深基坑監測項目中，通過Revit創建基坑三維可視化模型，再將模型導入智能化監測平臺，進行監測全過程的模擬分析和研究。

1 傳統監測模式不足

1.1 人工效率低

傳統監測方法監測數據主要是文件管理模式，絕大多數監測數據計算由人工完成，監測所得報表通過word或excel軟件進行制作。缺乏數據庫管理，監測數據不能進行共享，很大程度上降低工作效率、分析水平，監測數據的作用也不能真正得到體現和發揮。傳統監測模式如圖1所示。

圖1 傳統監測模式

1.2 數據處理滯后

從通過傳統監測方法進行監測數據分析流程來看，現場監測人員由于缺乏經驗，很難自行分析數據。獲得監測數據后，需先人工輸入計算機，再由專業人員分析計算數據，最后將結果制成報表，該方法極易造成數據誤差，且分析周期太長，較難及時反饋信息。尤其是在施工關鍵節點上，對監測頻率要求較高時，對數據的處理很難達到現場所需要求。

2 基坑信息智能化監測

2.1 多元數據信息導入

利用BIM技術可視化、可模擬、參數化建模優勢，在深基坑監測項目中，按基坑監測需求，運用Revit軟件建立深基坑項目模型，并將模型導入基坑信息智能化監測系統中，實現大多數深基坑工程監測項目的數據導入，包括深層水平位移、建筑內外地表沉降、支撐結構軸力、地下水位、土壓力、孔隙水壓力及樁身應力等。在數據導入系統前，需預處理數據，按GB 50497—2009《建筑基坑工程監測技術規范》，對深基坑監測數據進行量的轉換、誤差處理及可靠性檢驗等操作，在處理成標準格式數據后再按順序逐一導入系統，以免在數據導入過程中出現問題。智能化監測模式如圖2所示。

圖2 信息智能化監測模式

2.2 數據可視化在線編輯

導入多元數據后，系統在使用前還需預處理數據。數據預處理是將AutoCAD中的監測點信息進行處理，并導入系統的過程，監測點導入系統后，與基坑三維模型進行匹配，以實現深基坑監測項目數據的可視化在線編輯。在系統使用過程中，當出現工程變更時，如基坑支護體系發生改變、基坑監測點增添與刪減等情況，這時重新進行數據預處理后再導入系統，基于BIM技術可視化在線編輯模塊很好地解決該問題。

2.3 基坑模型輕量化

在基坑模型數據匹配導入后，為使基坑監測預警過程方便，還需對基坑模型進行輕量化處理。輕量化是在模型文件整體性的基礎上，對模型文件進行壓縮減小的過程，以減輕軟件與系統平臺運行負擔，提高模型文件儲存與傳輸效率，使各軟件系統間的網絡儲存與傳輸更簡便。目前，建筑基坑模型常采用Revit軟件進行繪制，參數化模型必須有Revit相關軟件才可打開查看，造成相關參與者使用不便。而采用Web端基坑模型輕量化處理就能有效解決相關問題，對模型進行輕量化處理后，進行Web輕量化基坑模型展示，只需輸入相關網址即可在平臺上查看，提高基坑監測效率。

2.4 基坑監測預測預警

完成監測數據與基坑模型可視化編輯匹配與輕量化處理后，監測數據信息已導入基坑BIM模型，但BIM模型的實時監控需在三維模型中增添一維時間參數，讓靜態數據信息變成動態的彩色模擬。Navisworks軟件可實現基坑監測數據動態過程模擬，從而達到對基坑監測的預測與預警。

根據Navisworks軟件的彩色模擬功能，參照深基坑變形控制值，建立紅、橙、黃、綠預警指標體系。

1)紅色預警 當基坑監測點數據達到控制值的100%時進行紅色預警。此時標記該監測點并輸出意見，應停止施工，對基坑支護體系及周邊重要建筑物采取應急措施。

2)橙色預警 當基坑監測點數據達到控制值的80%時進行橙色預警。此時標記該監測點并輸出意見，應提高現場監測頻率，加強現場巡視工作，采取相應應急預案及措施。

3)黃色預警 當基坑監測點數據達到控制值的60%時進行黃色預警。此時標記該監測點并輸出意見，應適當提高現場監測頻率，加強現場巡視工作。

4)綠色預警 當基坑監測點數據小于控制值的60%時，此類監測點統一以綠色表示，表明基坑圍護體系和周圍管線設施均處于穩定狀態，基坑各工作狀態處于正常，只需保持正常監測頻率即可。

2.5 數據顯示輸出

監測系統使監測報表及曲線自動化輸出成為可能，系統內含有每種監測項目的報表模板，只需在報表數據設置窗口中輸入報表及曲線基本數據，包括報表編號、天氣、工程名稱、工程負責人、監測單位、監測時間、監測項目、觀測員、計算員及校對員等，填寫完畢并在監測工作完成后，系統自動輸出相關數據表格曲線，并根據需要導出word，pdf，excel等格式。

該監測數據顯示輸出方式減少工作人員處理大量監測報告和數據的繁雜過程，不僅直觀展現監測成果，還能整體處理和分析所有監測成果，更易了解基坑可能的變形趨勢與安全情況，大大提高監測數據處理速率和數據信息可視化展示效果，加速基坑監測進程。

3 深基坑信息化監測工程實例

3.1 工程概況

本項目由1棟475m高的塔樓及高約80m的裙樓組成，設整體地下室為4層，總用地面積29 193m2。底板面標高為-22.000～-20.500m，塔樓部分底板厚5 500mm，一般區域底板厚1 000mm，人防區域底板厚1 100mm，墊層厚150mm，墊層底標高為-26.100～-21.650m(相對高度為-1.00～3.45m)。

本工程地下室呈矩形，面積約19 912m2，周長約568m，基坑開挖深度為21.05～25.50m。根據周邊環境條件、地質情況及開挖深度，確定本工程重要性等級為一級。

3.2 模型建立

本工程根據Autodesk Revit軟件建模規則及實際要求，對深基坑進行BIM三維建模，將基坑內各構件設置成族類別，分別建立土方、支撐樁柱、圍護墻、支撐梁等族類型，建模過程中的梁、墻、柱等建筑構件都是族文件，將這些族文件導入添加參數信息，便可完成基礎構件導入工作，再根據各構件空間位置關系添加相應參數，在平面及各立面分別調整位置，使其處于準確合適位置，將各構件相互組裝后，即可形成深基坑支護的整體BIM三維模型。

3.3 數據導入及可視化編輯

將監測數據整理成標準格式后，將數據導入系統中與基坑BIM模型相匹配，將監測參數與模型相對應，以便在三維模型上增添與修改監測數據。

3.4 模型輕量化

基于Web端的基坑模型輕量化基本原理，運用Revit軟件建立基坑BIM模型后，導入基坑監測平臺，對模型進行輕量化處理，并標記監測點，將監測點信息導入模型。

3.5 監測預測預警

通過Navisworks軟件使靜態數據信息變成動態的彩色模擬，用不同顏色表示基坑變形程度。根據《建筑基坑工程監測技術規范》，基坑等級為一級，通過系統設置監測點，監測平臺內根據監測控制值呈現紅、橙、黃、綠色，代表此點的變形程度。

3.6 數據文件導出

工作人員對系統報表及曲線圖參數完成設置后，只需選擇需要生成的監測報表及曲線圖，確認完畢后，系統將輸出選中的報表和曲線。因向導系統可滿足不同職業技術人員操作，有效提高深基坑監測結果統計工作效率。

4 結語

本文通過闡述深基坑項目特點、監測理論基礎及BIM技術理論基礎和特點，結合深基坑工程案例，借助信息智能化監測系統，評價分析監測數據，利用監測評價指導深基坑施工，通過信息化監測反饋合理安排施工進度。

當前，深基坑項目中的信息智能化監測技術可基本實現深基坑多方面監測，確保開挖支護的安全性與穩定性，對研究深基坑信息化監測應用具有重要意義。同時，可進一步研究基坑監測信息與BIM模型可視化交互。施工現場環境復雜多變，目前可視化數據分析只能挖掘基坑監測信息結果，在完成可視化數據分析展示后，還需大量相關人員對其進行可行性分析。