某深基坑案例信息智能化監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

丁智聰，唐 紅

(武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

0 引言

深基坑施工過程經(jīng)常受地下水位、地質(zhì)條件及建筑周邊環(huán)境等因素影響，極易發(fā)生傾斜及坍塌事故，導(dǎo)致施工人員與資源財(cái)產(chǎn)受到損失，需對(duì)深基坑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法通過全站儀、水準(zhǔn)儀等監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量離散點(diǎn)，獲得通過文字、表格和二維曲線方式顯示基坑變形的趨勢(shì)，但這種方法較難立刻發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源，以至于影響項(xiàng)目決策。近年來(lái)，信息智能化監(jiān)測(cè)借助BIM可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性及參數(shù)化等優(yōu)勢(shì)，與基坑監(jiān)測(cè)平臺(tái)相結(jié)合，可在深基坑監(jiān)測(cè)過程中快速提取危險(xiǎn)點(diǎn)與變形敏感點(diǎn)，還能直觀展現(xiàn)基坑變形程度，對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)信息化發(fā)展起推動(dòng)作用。本文系統(tǒng)介紹智能化監(jiān)測(cè)流程，將基坑信息智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到某深基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，通過Revit創(chuàng)建基坑三維可視化模型，再將模型導(dǎo)入智能化監(jiān)測(cè)平臺(tái)，進(jìn)行監(jiān)測(cè)全過程的模擬分析和研究。

1 傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)模式不足

1.1 人工效率低

傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要是文件管理模式，絕大多數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算由人工完成，監(jiān)測(cè)所得報(bào)表通過word或excel軟件進(jìn)行制作。缺乏數(shù)據(jù)庫(kù)管理，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能進(jìn)行共享，很大程度上降低工作效率、分析水平，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的作用也不能真正得到體現(xiàn)和發(fā)揮。傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)模式如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)模式

1.2 數(shù)據(jù)處理滯后

從通過傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析流程來(lái)看，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，很難自行分析數(shù)據(jù)。獲得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，需先人工輸入計(jì)算機(jī)，再由專業(yè)人員分析計(jì)算數(shù)據(jù)，最后將結(jié)果制成報(bào)表，該方法極易造成數(shù)據(jù)誤差，且分析周期太長(zhǎng)，較難及時(shí)反饋信息。尤其是在施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，對(duì)監(jiān)測(cè)頻率要求較高時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理很難達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)所需要求。

2 基坑信息智能化監(jiān)測(cè)

2.1 多元數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入

利用BIM技術(shù)可視化、可模擬、參數(shù)化建模優(yōu)勢(shì)，在深基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，按基坑監(jiān)測(cè)需求，運(yùn)用Revit軟件建立深基坑項(xiàng)目模型，并將模型導(dǎo)入基坑信息智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)大多數(shù)深基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，包括深層水平位移、建筑內(nèi)外地表沉降、支撐結(jié)構(gòu)軸力、地下水位、土壓力、孔隙水壓力及樁身應(yīng)力等。在數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)前，需預(yù)處理數(shù)據(jù)，按GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行量的轉(zhuǎn)換、誤差處理及可靠性檢驗(yàn)等操作，在處理成標(biāo)準(zhǔn)格式數(shù)據(jù)后再按順序逐一導(dǎo)入系統(tǒng)，以免在數(shù)據(jù)導(dǎo)入過程中出現(xiàn)問題。智能化監(jiān)測(cè)模式如圖2所示。

圖2 信息智能化監(jiān)測(cè)模式

2.2 數(shù)據(jù)可視化在線編輯

導(dǎo)入多元數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)在使用前還需預(yù)處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)預(yù)處理是將AutoCAD中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息進(jìn)行處理，并導(dǎo)入系統(tǒng)的過程，監(jiān)測(cè)點(diǎn)導(dǎo)入系統(tǒng)后，與基坑三維模型進(jìn)行匹配，以實(shí)現(xiàn)深基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的可視化在線編輯。在系統(tǒng)使用過程中，當(dāng)出現(xiàn)工程變更時(shí)，如基坑支護(hù)體系發(fā)生改變、基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)增添與刪減等情況，這時(shí)重新進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后再導(dǎo)入系統(tǒng)，基于BIM技術(shù)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(shù)據(jù)匹配導(dǎo)入后，為使基坑監(jiān)測(cè)預(yù)警過程方便，還需對(duì)基坑模型進(jìn)行輕量化處理。輕量化是在模型文件整體性的基礎(chǔ)上，對(duì)模型文件進(jìn)行壓縮減小的過程，以減輕軟件與系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行負(fù)擔(dān)，提高模型文件儲(chǔ)存與傳輸效率，使各軟件系統(tǒng)間的網(wǎng)絡(luò)儲(chǔ)存與傳輸更簡(jiǎn)便。目前，建筑基坑模型常采用Revit軟件進(jìn)行繪制，參數(shù)化模型必須有Revit相關(guān)軟件才可打開查看，造成相關(guān)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(guān)問題，對(duì)模型進(jìn)行輕量化處理后，進(jìn)行Web輕量化基坑模型展示，只需輸入相關(guān)網(wǎng)址即可在平臺(tái)上查看，提高基坑監(jiān)測(cè)效率。

2.4 基坑監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)預(yù)警

完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與基坑模型可視化編輯匹配與輕量化處理后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息已導(dǎo)入基坑BIM模型，但BIM模型的實(shí)時(shí)監(jiān)控需在三維模型中增添一維時(shí)間參數(shù)，讓靜態(tài)數(shù)據(jù)信息變成動(dòng)態(tài)的彩色模擬。Navisworks軟件可實(shí)現(xiàn)基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)過程模擬，從而達(dá)到對(duì)基坑監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)與預(yù)警。

根據(jù)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(yù)警指標(biāo)體系。

1)紅色預(yù)警 當(dāng)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到控制值的100%時(shí)進(jìn)行紅色預(yù)警。此時(shí)標(biāo)記該監(jiān)測(cè)點(diǎn)并輸出意見，應(yīng)停止施工，對(duì)基坑支護(hù)體系及周邊重要建筑物采取應(yīng)急措施。

2)橙色預(yù)警 當(dāng)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到控制值的80%時(shí)進(jìn)行橙色預(yù)警。此時(shí)標(biāo)記該監(jiān)測(cè)點(diǎn)并輸出意見，應(yīng)提高現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頻率，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視工作，采取相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案及措施。

3)黃色預(yù)警 當(dāng)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到控制值的60%時(shí)進(jìn)行黃色預(yù)警。此時(shí)標(biāo)記該監(jiān)測(cè)點(diǎn)并輸出意見，應(yīng)適當(dāng)提高現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)頻率，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視工作。

4)綠色預(yù)警 當(dāng)基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)小于控制值的60%時(shí)，此類監(jiān)測(cè)點(diǎn)統(tǒng)一以綠色表示，表明基坑圍護(hù)體系和周圍管線設(shè)施均處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑各工作狀態(tài)處于正常，只需保持正常監(jiān)測(cè)頻率即可。

2.5 數(shù)據(jù)顯示輸出

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使監(jiān)測(cè)報(bào)表及曲線自動(dòng)化輸出成為可能，系統(tǒng)內(nèi)含有每種監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的報(bào)表模板，只需在報(bào)表數(shù)據(jù)設(shè)置窗口中輸入報(bào)表及曲線基本數(shù)據(jù)，包括報(bào)表編號(hào)、天氣、工程名稱、工程負(fù)責(zé)人、監(jiān)測(cè)單位、監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、觀測(cè)員、計(jì)算員及校對(duì)員等，填寫完畢并在監(jiān)測(cè)工作完成后，系統(tǒng)自動(dòng)輸出相關(guān)數(shù)據(jù)表格曲線，并根據(jù)需要導(dǎo)出word，pdf，excel等格式。

該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示輸出方式減少工作人員處理大量監(jiān)測(cè)報(bào)告和數(shù)據(jù)的繁雜過程，不僅直觀展現(xiàn)監(jiān)測(cè)成果，還能整體處理和分析所有監(jiān)測(cè)成果，更易了解基坑可能的變形趨勢(shì)與安全情況，大大提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理速率和數(shù)據(jù)信息可視化展示效果，加速基坑監(jiān)測(cè)進(jìn)程。

3 深基坑信息化監(jiān)測(cè)工程實(shí)例

3.1 工程概況

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

本工程地下室呈矩形，面積約19 912m2，周長(zhǎng)約568m，基坑開挖深度為21.05～25.50m。根據(jù)周邊環(huán)境條件、地質(zhì)情況及開挖深度，確定本工程重要性等級(jí)為一級(jí)。

3.2 模型建立

本工程根據(jù)Autodesk Revit軟件建模規(guī)則及實(shí)際要求，對(duì)深基坑進(jìn)行BIM三維建模，將基坑內(nèi)各構(gòu)件設(shè)置成族類別，分別建立土方、支撐樁柱、圍護(hù)墻、支撐梁等族類型，建模過程中的梁、墻、柱等建筑構(gòu)件都是族文件，將這些族文件導(dǎo)入添加參數(shù)信息，便可完成基礎(chǔ)構(gòu)件導(dǎo)入工作，再根據(jù)各構(gòu)件空間位置關(guān)系添加相應(yīng)參數(shù)，在平面及各立面分別調(diào)整位置，使其處于準(zhǔn)確合適位置，將各構(gòu)件相互組裝后，即可形成深基坑支護(hù)的整體BIM三維模型。

3.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)入及可視化編輯

將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理成標(biāo)準(zhǔn)格式后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中與基坑BIM模型相匹配，將監(jiān)測(cè)參數(shù)與模型相對(duì)應(yīng)，以便在三維模型上增添與修改監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.4 模型輕量化

基于Web端的基坑模型輕量化基本原理，運(yùn)用Revit軟件建立基坑BIM模型后，導(dǎo)入基坑監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)模型進(jìn)行輕量化處理，并標(biāo)記監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息導(dǎo)入模型。

3.5 監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)預(yù)警

通過Navisworks軟件使靜態(tài)數(shù)據(jù)信息變成動(dòng)態(tài)的彩色模擬，用不同顏色表示基坑變形程度。根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，基坑等級(jí)為一級(jí)，通過系統(tǒng)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)內(nèi)根據(jù)監(jiān)測(cè)控制值呈現(xiàn)紅、橙、黃、綠色，代表此點(diǎn)的變形程度。

3.6 數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出

工作人員對(duì)系統(tǒng)報(bào)表及曲線圖參數(shù)完成設(shè)置后，只需選擇需要生成的監(jiān)測(cè)報(bào)表及曲線圖，確認(rèn)完畢后，系統(tǒng)將輸出選中的報(bào)表和曲線。因向?qū)到y(tǒng)可滿足不同職業(yè)技術(shù)人員操作，有效提高深基坑監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過闡述深基坑項(xiàng)目特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)理論基礎(chǔ)及BIM技術(shù)理論基礎(chǔ)和特點(diǎn)，結(jié)合深基坑工程案例，借助信息智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指導(dǎo)深基坑施工，通過信息化監(jiān)測(cè)反饋合理安排施工進(jìn)度。

當(dāng)前，深基坑項(xiàng)目中的信息智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)可基本實(shí)現(xiàn)深基坑多方面監(jiān)測(cè)，確保開挖支護(hù)的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)研究深基坑信息化監(jiān)測(cè)應(yīng)用具有重要意義。同時(shí)，可進(jìn)一步研究基坑監(jiān)測(cè)信息與BIM模型可視化交互。施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，目前可視化數(shù)據(jù)分析只能挖掘基坑監(jiān)測(cè)信息結(jié)果，在完成可視化數(shù)據(jù)分析展示后，還需大量相關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行可行性分析。