一篇文章看懂BIM深基坑监测信息系统

随着城市地下空间开发规模扩大，高层建筑及地铁、高铁迅速发展，深基坑工程越来越多。在人口较密集的城区，为保证基坑施工过程中的支护结构及其对周边构筑物的安全，深基坑开挖与支护的实时监测分析显得尤为重要。

属于临时性工程的基坑具有周边环境及地质条件复杂、不确定因素多、技术工艺繁杂、施工条件差、风险高等特点，具有较强的时空效应，“信息孤岛”现象严重，迫切需要利用BIM技术解决传统监测的诸多弊端。

地铁及地下停车场是城市地下空间的重要利用形式

研究基于BIM技术的深基坑监测三维可视化及监测信息快速预报警功能，通过创建基坑及支护结构模型、周边环境及地质模型和各监测项目的测点模型，能够让监测数据驱动模型进行监测结论的可视化展现，直观而准确地抓住基坑工程变形风险点，让各参与方基于风险管理方案线上处置、线下巡查，从而节省大量分析报表的时间。

基于BIM技术的深基坑动态监测和预报警管控优势：

• BIM+基坑监测，通过实时采集数据，实现监测数据驱动BIM模型，直观表现安全风险状态

• 快速定位基坑围护结构及周边环境危险点，根据变形趋势及现场巡查状况快速预报警处置

• 辅助施工开挖作业管理，各参与方能结合支护结构的历史变形预判变形趋势，加强对危险点加密监测重点关注，便于管理人员作出科学合理的决策

• 根据其他监测项目的监测数据辅助辨识影响基坑安全的影响因素

日本美秀博物馆地下隧道

深基坑安全监测具有项目多、频率高、数据量大等特点。运用BIM、互联网、大数据等信息技术，搭建深基坑风险BIM管理平台，实现对新建基坑及周边环境的各监测数据实时采集、传输、处理、分析，进行基坑开挖变形历程和时程位移曲线三维空间分析，结合预报警阈值实时快速发布风险预报警信息，方便各级管理和技术人员快速、有效地判断深基坑及周边环境安全状态。

美国芝加哥深隧

基坑围护结构及测点BIM模型参数化创建

BIM模型是基坑开挖、项目监测、安全状态跟踪及周边环境监控的集中展示平台，为实现深基坑安全状态可视化要求，在创建基坑BIM模型过程中，将基坑围护结构及测点拆分为基本零件，形成基坑监测工程BIM子模型库。

基坑围护结构及测点模型

根据设计图调用模型库中相应模型，利用参数化设计，自动拼接组合成完整的基坑BIM模型，并按照施工方和第三方的监测方案完成各测点的编码，并赋予至测点BIM模型属性中，实现测点BIM模型的快速定位需求。

基于BIM的数据组织与管理

根据数据类型和用途，划分为结构信息数据库、工程信息数据库、监测项目数据库、预警事件数据库、人员数据库等5类数据库。数据库以BIM模型为核心，通过数据转换接口适配及数据融合技术，实现与BIM模型无缝集成；通过BIM模型的可视化界面，方便用户访问与基坑施工及监测过程中的信息记录，对超过预报警阈值的监测数据，实现空间和时间维度上的标记和跟踪。

深基坑BIM模型数据库结构关系

系统架构设计

下图是基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统结构。

深基坑安全监测信息系统架构

• 数据层：包括工程信息、周边环境信息、监测项目信息、测点编码信息、测点属性信息、预警参数及人员信息，通过异构数据融合机制，将信息集成到BIM模型及中心数据库中，按一定方式读取、使用、修改和存储。

• 模型层：通过轻量化软件，针对不同的监测项目，对数据层的数据进行组织，形成不同特性的BIM模型，提供不同用户视角下的可视化呈现。

• 服务层：系统各BIM模型的集成管理，包括基坑及周边环境监测、预报警事件处置与跟踪、监测成果发布等服务，通过互联网技术支持基于BIM模型获取相应的模型数据，实现数据共享与应用。

• 应用层：对数据层信息进行计算处理和分析，实现对深基坑的动态监测及预报警管控，作出精确合理决策。

系统功能设计

系统包括数据中心、数据分析、报警管控、统计信息、工程信息与系统管理等功能。

深基坑安全监测信息系统功能结构

• 数据中心：基于互联网、物联网和自动采集技术，实现深基坑施工动态数据实时采集、处理与传输；自动发布数据汇总表、分项报表（日报、周报、月报）、测点曲线的3层监测成果，方便用户了解工程的项目信息、监测报警、监测数据、监测曲线、现场工况、工程定位等信息。

• 数据分析：将基坑围护结构监测成果植入BIM三维轻量化模型中，结合基坑施工工况进行基坑开挖变形历程三维可视化展示，包括时程位移曲线分析、深度位移曲线分析及两方监测数据对比分析。

• 报警管控：根据报警规则，自动生成发布黄、橙、红3级预报警事件，包括监测报警、巡视报警、综合报警、频率报警，做到“提醒—处置—控制—消除”报警事件闭环管理；根据测量规范，对每种监测项目是否及时上传数据定时提醒与统计，保证数据的时效性。

• 统计信息：统计施工方与第三方红、橙、黄3级报警事件，监测断面、测点数量与基本信息、人员信息及各线路、标段、工点、监测类型的数据上传量。

• 工程信息：维护深基坑工程基础信息，包括监测类型、监测断面、测点、预报警阈值、参与报警处置人员、测点状态修正、BIM模型及供操作人员使用的手册。

• 系统管理：实现系统中组织机构、人员角色、功能菜单等管理，基础数据维护及系统运行环境的配置。

日本名古屋市“荣”地下商业街

基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统以深基坑为应用对象，将基坑围护结构和周边环境的监测成果植入系统中，并与深基坑施工工况相结合， 展示各基坑监测控制点随基坑开挖变形历程情况、基坑深度与变形等相关指标的全方位耦合；通过计算机互联网实现深基坑安全监测数据分布式管理，极大地方便各级管理和技术人员对监测数据的管理与分析，快速、有效、准确判断深基坑安全状态，指导深基坑工程后续施工。

监测范围包括地表沉降、地下水位、桩顶水平位移、桩顶竖向位移、钢支撑轴力、混凝土支撑轴力、桩体深层水平位移、工作井净空收敛等。

钢支撑监测数据曲线分析

桩体深层水平位移曲线分析

主要内容来源：

中国铁道科学研究院（铁路BIM联盟成员单位）

杨威，王辉麟，解亚龙，智鹏. 基于BIM技术的深基坑安全监测信息系统应用[J].

铁路技术创新.