隨著高層建筑、復(fù)雜地下工程、大跨度橋梁工程的迅猛發(fā)展，基坑工程在向“更深、更難、更險(xiǎn)、更大”的方向發(fā)展?；拥陌踩c穩(wěn)定直接關(guān)系到基坑本身及鄰近建筑物、基坑周邊道路和鄰近地下管線的安全。

《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：開挖深度超過5m、或開挖深度未超過5m但現(xiàn)場地質(zhì)情況和周圍環(huán)境較復(fù)雜的基坑工程均應(yīng)實(shí)施基坑工程監(jiān)測。

基坑工程現(xiàn)場監(jiān)測采用儀器監(jiān)測與巡視檢查結(jié)合的方法，監(jiān)測一般從工程施工前開始，至地下工程完成為止，對(duì)有特殊要求的周邊環(huán)境監(jiān)測應(yīng)根據(jù)需要延續(xù)至變形趨于穩(wěn)定后才能結(jié)束。監(jiān)測過程中，針對(duì)關(guān)鍵部位做到重點(diǎn)觀測，形成有效、完整的監(jiān)測流程，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)性和可靠性。當(dāng)出現(xiàn)超限、嚴(yán)重開裂等異常情況時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，提高監(jiān)測頻率。

基坑監(jiān)測的實(shí)施流程

伴隨移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、BIM等信息技術(shù)的發(fā)展，基坑監(jiān)測可通過融合多種信息化元素來實(shí)現(xiàn)流程的升級(jí)再造。從業(yè)主和監(jiān)測方應(yīng)用需求出發(fā)，結(jié)合工程實(shí)際，構(gòu)建以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，打造集可視化管理、基坑監(jiān)測業(yè)務(wù)管理、狀態(tài)評(píng)估分析為一體的基坑監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮基坑監(jiān)測的工程效用，確保基坑和周邊環(huán)境的安全。

鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目管理理論技術(shù)

系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)，將現(xiàn)場多種監(jiān)測儀器串聯(lián)起來，通過自動(dòng)采集、手動(dòng)和批量錄入的方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息入庫。對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性，自動(dòng)計(jì)算單次變化量、累計(jì)變化量、變化速率等參數(shù)指標(biāo)，并按照基坑監(jiān)測的業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)基于BIM模型的數(shù)據(jù)展示、圖形展示、報(bào)表輸出、報(bào)警的判定及消息推送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測可視化、信息化以及管理的升級(jí)化。

BIM基坑監(jiān)測管理系統(tǒng)流程架構(gòu)

系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)，將現(xiàn)場多種監(jiān)測儀器串聯(lián)起來，通過自動(dòng)采集、手動(dòng)和批量錄入的方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息入庫。對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性，自動(dòng)計(jì)算單次變化量、累計(jì)變化量、變化速率等參數(shù)指標(biāo)，并按照基坑監(jiān)測的業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)基于BIM模型的數(shù)據(jù)展示、圖形展示、報(bào)表輸出、報(bào)警的判定及消息推送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測可視化、信息化以及管理的升級(jí)化。

中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司（簡稱鐵科院）科研業(yè)務(wù)用房包括1#～3#樓。其中1#、2#樓地下室3層連成一體，基坑長174.1m，寬57.6m，深14.5m，安全等級(jí)為Ⅰ～Ⅱ級(jí)。3#樓地下2層，基坑長45.3m，寬20.4m，基坑深度10.7m，安全等級(jí)為Ⅰ～Ⅱ級(jí)。2處基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)均采用樁錨支護(hù)方案，基坑場地及周邊布設(shè)多條地下管線。周邊有多幢辦公樓、精密檢測試驗(yàn)室及市域繁忙道路。環(huán)境復(fù)雜。

系統(tǒng)研發(fā)

數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)

按照不同的監(jiān)測設(shè)備和監(jiān)測類型進(jìn)行分類，在數(shù)據(jù)庫內(nèi)創(chuàng)建不同的表。測點(diǎn)信息如下。通過測點(diǎn)編號(hào)關(guān)聯(lián)查詢，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。

測點(diǎn)信息

基坑模型

BIM模型為監(jiān)測數(shù)據(jù)的信息載體。按照設(shè)計(jì)圖紙創(chuàng)建場地、基坑護(hù)坡樁、錨桿、鋼腰梁、樁間支護(hù)、冠梁、周邊建筑、管線、道路的三維模型。添加相關(guān)屬性信息，包括幾何尺寸、材質(zhì)信息、構(gòu)件編號(hào)、標(biāo)高數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙編號(hào)等內(nèi)容，形成符合現(xiàn)場應(yīng)用的基坑信息模型。

科研業(yè)務(wù)用房1#、2#基坑樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)模型

測點(diǎn)模型

基坑監(jiān)測實(shí)施過程中，測點(diǎn)破壞、遮擋、結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫需增設(shè)測點(diǎn)等情況時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致實(shí)際布設(shè)的測點(diǎn)無法與設(shè)計(jì)圖紙完全相符。為避免重復(fù)修改測點(diǎn)模型，優(yōu)化了測點(diǎn)BIM模型的生成方法：在基坑模型三維坐標(biāo)系下，確定測點(diǎn)坐標(biāo)，在管理系統(tǒng)中基于坐標(biāo)直接生成測點(diǎn)模型（單個(gè)/批量添加），并以測點(diǎn)分類結(jié)構(gòu)樹的形式展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)和快速查詢。

功能設(shè)計(jì)

基坑監(jiān)測管理系統(tǒng)擬整合信息化技術(shù)，以可視化的BIM模型作為監(jiān)測信息載體，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)及巡檢記錄的及時(shí)上傳。通過數(shù)據(jù)分析，形成各類變化曲線和展示圖形，使監(jiān)測成果“形象化”，方便各參與方隨時(shí)掌握施工期間基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑管線的內(nèi)力及變形情況。按規(guī)范要求輸出監(jiān)測報(bào)表及監(jiān)控報(bào)告，減少重復(fù)工作量，建立信息反饋機(jī)制，形成有效的信息推送、報(bào)警處理流程，進(jìn)而降低施工風(fēng)險(xiǎn)，提升基坑監(jiān)測的信息化水平。

BIM基坑監(jiān)測管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能包含基礎(chǔ)信息、可視化管理、基坑監(jiān)測、檔案資料管理、系統(tǒng)管理和模塊管理。系統(tǒng)各功能采用插件式架構(gòu)設(shè)計(jì)，各功能子模塊設(shè)計(jì)兼顧安全性和易用性，保證系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

系統(tǒng)應(yīng)用

基礎(chǔ)信息

該模塊包括項(xiàng)目簡介、項(xiàng)目公告、施工階段、模型導(dǎo)入和圖紙管理等內(nèi)容。結(jié)合工程實(shí)施特點(diǎn)，將1#、2#基坑及3#基坑劃分為2個(gè)項(xiàng)目單獨(dú)管理，在系統(tǒng)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)不同項(xiàng)目切換。

基礎(chǔ)信息管理

可視化管理

對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)模型、屬性信息、設(shè)計(jì)圖紙、測點(diǎn)模型及信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的展示及查詢。

院科研業(yè)務(wù)用房3#基坑支護(hù)及周邊環(huán)境

基坑監(jiān)測

該模塊為基于BIM技術(shù)基坑監(jiān)測管理系統(tǒng)的核心功能模塊，主要包括測點(diǎn)管理、巡視記錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)、階段性報(bào)告、報(bào)警管理等子模塊。主要功能有添加測點(diǎn)（單個(gè)/批量）、日常巡視記錄錄入（后臺(tái)/移動(dòng)app）、監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢（數(shù)據(jù)列表/時(shí)程曲線）見圖６)、監(jiān)測日?qǐng)?bào)輸出、報(bào)警管理（報(bào)警列表/微信消息提醒），見圖７。

監(jiān)測數(shù)據(jù)的展示及分析

巡視app界面及基于微信的消息推送（測試）

BIM深化應(yīng)用

目前，系統(tǒng)研發(fā)立足于基坑監(jiān)測，著重于基坑監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集、展示、分析及報(bào)表輸出，隨著應(yīng)用深入，可開展以下探索：

• 納入多方協(xié)同管理，涉及設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方等，此時(shí)系統(tǒng)將成為信息化綜合管理平臺(tái)。以基坑施工4D進(jìn)度管理為例，基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)的精細(xì)化建模、結(jié)構(gòu)模型的分類編碼及WBS工項(xiàng)分解等內(nèi)容需進(jìn)一步考慮
• 基坑支護(hù)BIM模型與有限元軟件有機(jī)結(jié)合，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、受力、穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)分析，直觀對(duì)比實(shí)際監(jiān)測與設(shè)計(jì)工況的差異，驗(yàn)證設(shè)計(jì)和施工方案的合理性，為基坑優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)
• 目前基坑監(jiān)測按照規(guī)范依據(jù)變化速率、累計(jì)變化量進(jìn)行指標(biāo)報(bào)警。該方法存在一定有效度，未必真正反映復(fù)雜基坑的整體狀態(tài)。未來應(yīng)考慮不同的分析預(yù)測方法及模型，如回歸分析、指數(shù)平滑法、灰色理論模型等，根據(jù)測試結(jié)果采用多種方式綜合預(yù)測變形規(guī)律
• 基坑監(jiān)測結(jié)果不僅強(qiáng)調(diào)發(fā)展趨勢，一定時(shí)間范圍內(nèi)更強(qiáng)調(diào)時(shí)效性，如雨期或夜晚施工。這要求測試設(shè)備具有采集數(shù)據(jù)快、全天候工作的能力。自動(dòng)采集設(shè)備將促進(jìn)測試的自動(dòng)化、流程化

結(jié)合鐵科院科研業(yè)務(wù)用房基坑監(jiān)測應(yīng)用需求，研發(fā)了基于BIM的基坑監(jiān)測管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了模型可視化、監(jiān)測可視化、設(shè)計(jì)屬性信息化、基坑監(jiān)測信息化、管理升級(jí)化等價(jià)值點(diǎn)。系統(tǒng)使監(jiān)測業(yè)務(wù)手段和管理模式升級(jí)，不同參與方協(xié)同工作機(jī)制形成后，將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。