CN106368247A - 基于bim的基坑智能监测及主动预警方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法和系统，包括如下步骤：数据采集步骤：采集基坑实时数据；预警分析步骤：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；预警发布步骤：通过基坑BIM模型发布预警信息。本发明将采集的现场测点数据和基坑的BIM模型通过事先的编号规则一一对应关联起来，即将BIM模型作为监测数据的数据库，以BIM模型为媒介实现数据与现场的映射关系，并通过基坑的BIM模型展示预警信息，实现了现场监测数据的实时采集、汇总、显示等数据处理，极大地缩短现场动态和掌握动态之间的延迟。

Description

基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法和系统

技术领域

本发明涉及BIM技术，具体地，涉及基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法和系统。

背景技术

BIM是Building Information Modeling的缩写，国内通常将其翻译为建筑信息模型。是一种建筑全生命周期信息化管理技术，具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图五大特点。BIM是一种全新的建筑设计、施工、管理方法，以三维数字信息技术为基础，将规划、设计、建造、运营等各阶段的数据资料全部包含在3D模型之中，让建筑物整个生命周期中任何阶段的工作人员在使用该模型时，都能根据精确完整的数据做出有效、正确的决策。

在基坑开挖过程中，基坑内外的土体将分别由原来的静止土压力状态向被动和主动土压力状态转变，应力状态的改变引起围护结构承受荷载，发生变形。当围护结构的内力和变形中的任一量值超过容许的范国时，将造成基坑的失稳破坏或对周围环境产生不利影响，造成经济损失，甚至是人员伤亡。基坑工程设置于力学性质相当复杂的地层中，在基坑围护结构设计和变形预估时，一方面，基坑围护结构承受的土压力等荷载存在着较大的不确定性；另一方面，对地层和围护结构一般都作了较多的简化和假定，与工程实际存在一定的差异，加之基坑工程施工存在“时空效应”以及降雨、地面荷载、施工机械撞击等偶然因素的作用，使得现阶段在基坑工程设计时，相当程度上仍依靠经验。因此，在深基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围土体和相邻建筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和基坑开挖对周围环境的影响程度有比较全面的了解，确保工程的顺利施工，在出现异常情况时及时反馈，采取相应的措施，确保施工安全。

传统的监测数据管理方式中存在如下几方面的缺陷：

(1)数据采集方面。由于监测设施的功能限制，传统的监测数据采集基本处于人工采集方式，数据的采集和传递的效率低下，数据采集时间间隔长，无法实时掌握基坑的动态信息，即所掌握的基坑动状态信息滞后，而滞后越严重则基坑的动态越不确定，越容易出现纰漏造成事故；

(2)数据处理和分析方面。传统的基坑监测处理和分析多为人工，由于数据量大且庞杂，造成数据的处理、分析的效率低下，准确性差。同时传统监测数据处理和分析方式简单，缺少纵向的对比分析，无法彻底展示基坑动态变化；

(3)数据和信息映射方面。传统的基坑监测数据和现场是分离的，数据存在远程数据库中，预警信息与现场的联系和映射，两者缺少媒介，必须人工完成映射。因此人们无法做到在现场实时调取查看数据和获取信息。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法和系统。

根据本发明提供的一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，包括如下步骤：

数据采集步骤：采集基坑实时数据；

预警分析步骤：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；

预警发布步骤：通过基坑BIM模型发布预警信息。

优选地，所述基坑实时数据包括通过现场测点采集得到的现场测点数据，其中，所述现场测点数据的属性包括现场测点的标识号。

优选地，所述预警分析步骤，包括：

测点关系构建步骤：在具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据之间建立映射关系；其中，基坑BIM模型包括测点构件，测点构件的属性包括测点构件的标识号，测点构件的属性还包括测点构件数据；

实时数据映射步骤：按照所述映射关系，利用现场测点数据对测点构件数据进行更新；

测点构件数据分析步骤：对测点构件数据进行分析。

优选地，所述预警分析步骤，包括：

预警对比步骤：判断基坑实时数据是否属于设置的警戒数值区间，若属于，则生成预警信息，若不属于，则认为不存在警情。

优选地，所述预警发布步骤，包括：

预警展示步骤：在基坑BIM模型中，将与预警信息对应的构件的显示状态进行更改，更改为预警状态；其中，所述预警状态用于指示预警信息的处理进度。

根据本发明提供的一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，包括如下装置：

数据采集装置：采集基坑实时数据；

预警分析装置：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；

预警发布装置：通过基坑BIM模型发布预警信息。

优选地，所述基坑实时数据包括通过现场测点采集得到的现场测点数据，其中，所述现场测点数据的属性包括现场测点的标识号。

优选地，所述预警分析装置，包括：

测点关系构建装置：在具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据之间建立映射关系；其中，基坑BIM模型包括测点构件，测点构件的属性包括测点构件的标识号，测点构件的属性还包括测点构件数据；

实时数据映射装置：按照所述映射关系，利用现场测点数据对测点构件数据进行更新；

测点构件数据分析装置：对测点构件数据进行分析。

优选地，所述预警分析装置，包括：

预警对比装置：判断基坑实时数据是否属于设置的警戒数值区间，若属于，则生成预警信息，若不属于，则认为不存在警情。

优选地，所述预警发布装置，包括：

预警展示装置：在基坑BIM模型中，将与预警信息对应的构件的显示状态进行更改，更改为预警状态；其中，所述预警状态用于指示预警信息的处理进度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明将采集的现场测点数据和基坑的BIM模型通过事先的编号规则一一对应关联起来，即将BIM模型作为监测数据的数据库，以BIM模型为媒介实现数据与现场的映射关系，并通过基坑的BIM模型展示预警信息，实现了现场监测数据的实时采集、汇总、显示等数据处理，极大地缩短现场动态和掌握动态之间的延迟。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法的拓扑图。

图2为本发明提供的基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法的步骤流程图。

图3为本发明提供的基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，包括如下步骤：

数据采集步骤：采集基坑实时数据；

预警分析步骤：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；

预警发布步骤：通过基坑BIM模型发布预警信息。

所述基坑实时数据包括通过现场测点采集得到的现场测点数据，其中，所述现场测点数据的属性包括现场测点的标识号。

所述预警分析步骤，包括：

测点关系构建步骤：在具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据之间建立映射关系；其中，基坑BIM模型包括测点构件，测点构件的属性包括测点构件的标识号，测点构件的属性还包括测点构件数据；

实时数据映射步骤：按照所述映射关系，利用现场测点数据对测点构件数据进行更新；

测点构件数据分析步骤：对测点构件数据进行分析。

其中，所述具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据，可以是指现场测点的标识号与测点构件的标识号相等、匹配或者对应。标识号可以根据编号规则确定，例如对现场测点设置编号，并在与现场测点对应的测点构件中添加相同编号的编号属性，从而根据编号能够得到对应关系表，以记录现场测点数据和测点构件数据之间的映射关系；现场测点(例如传感器子系统)传递过来的传感信号，处理成可识别数据，然后这些数据先保存在现场实时数据库，然后通过Internet传输进服务器与基坑BIM模型进行映射。

所述预警分析步骤，包括：

预警对比步骤：判断基坑实时数据是否属于设置的警戒数值区间，若属于，则生成预警信息，若不属于，则认为不存在警情。警戒数值区间可以按照《建筑基坑工程监测技术规范》中表8.0.4和表8.0.5作为依据，建立了监测报警值数据库，基坑的实时数据进来后，按照对应规则(与编号规则类似)会与该数据库的数据进行比较。

所述预警发布步骤，包括：

预警展示步骤：在基坑BIM模型中，将与预警信息对应的构件的显示状态进行更改，更改为预警状态；其中，所述预警状态用于指示预警信息的处理进度。

其中，预警状态不同于非预警状态，例如预警状态下的构件以红色显示，而非预警状态下的构件以绿色显示。预警状态下的构件还可以显示出红色标签，例如气泡状的标签，如果收到已开始处理的反馈，标签变成黄色，收到已处理完成的反馈则标签变成绿色，以显示预警信息的处理进度。

更为具体地，现场测点包括数据采集器，数据采集器可以是测斜仪、应力计、压力盒、应变计、水位计、经纬仪等监测传感器元件监测传感器元件通过预埋及导线连接至中继转换数据模块中暂时储存再通过WIFI或者蓝牙的传输模式讲数据自动上传至数据存储器中保存，同时在此数据存储器中还保存有水准仪和全站仪等监测仪器通过WIFI或蓝牙传输的数据。

再通过处理器将数据存储器中的监测仪器和监测传感器传来的信息与基坑BIM模型(包括建筑、结构、等专业)进行空间位置的映射与比较分析。然后储存在私有云的服务器中服务器通过加密算法上传至互联网，供网页PC端口、智能手机用户和智能平板用户进行数据读取或者主动推送预警信息至多平台，从而在多平台的端口实现三维可视化对各种检测数据的监控、管理和读取。

本发明具有的优点包括：(1)使用带有WIFI或者蓝牙功能的传感器采集模块，实现在短时间内完成基坑监测数据的采集，同时缩短数据采集的周期，极大地缩短现场动态和掌握动态之间的延迟。(2)数据处理和分析全部在后台服务器进行，处理和分析方式全面，效率高。(3)使用BIM模型作为媒介，实现数据和信息与现场的实时映射。(4)使用BIM模型，预警信息的展示更加直观准确。(5)使用云平台，客户端遍布pc、pad和手机，信息的获取方式简单快捷。(6)所有的数据都保存在BIM模型数据库中，并且经过加密和备份，保证了数据的安全性和可靠性。(7)数据访问开放安全接口，可以给其他管理系统数据共享。

在本发明的一个优选的具体实施方式中，拟建建筑为6栋2-6层建筑组成，建筑高度13.5-30.0m不等；工程设整体地下二层。工程整体基坑面积约33000m²，基坑延长米约为770m。基坑工程共设置二道钢筋砼支撑，采用盆式开挖的挖土原则。

基坑开挖普遍深度为9.85m，安全等级为2级；基坑西侧环境保护等级为二级(基坑最大侧移控制在基坑开挖深度的0.3％以内，坑外地表最大沉降控制在开挖深度的0.25％以内)；基坑东、南、北侧：环境保护等级为三级(基坑最大侧移控制在基坑开挖深度的0.75％以内，坑外地表最大沉降控制在基坑开挖深度的0.55％)

在项目施工开始时将服务器部署至项目部，并在服务器上部署安装BIM管理系统，同时对业主、管理方、施工方安装手机APP应用，现场自动检测设备的会自动将数据上传至服务器，同时为手动监测人员提供数据录入入口，监测人员将手动监测数据上传至服务器，服务器上运行BIM端程序监控实测数据，将最新数据与报警数据推送至各方手机端，用户登录手机端即可查看相关监测数据信息，同时在服务器端可通过模型查看相关数据。

本发明还提供一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，本领域技术人员可以通过所述基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法中的步骤流程实现所述基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统。

具体地，根据本发明提供的一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，包括如下装置：

数据采集装置：采集基坑实时数据；

预警分析装置：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；

预警发布装置：通过基坑BIM模型发布预警信息。

所述基坑实时数据包括通过现场测点采集得到的现场测点数据，其中，所述现场测点数据的属性包括现场测点的标识号。

所述预警分析装置，包括：

测点关系构建装置：在具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据之间建立映射关系；其中，基坑BIM模型包括测点构件，测点构件的属性包括测点构件的标识号，测点构件的属性还包括测点构件数据；

实时数据映射装置：按照所述映射关系，利用现场测点数据对测点构件数据进行更新；

测点构件数据分析装置：对测点构件数据进行分析。

所述预警分析装置，包括：

预警对比装置：判断基坑实时数据是否属于设置的警戒数值区间，若属于，则生成预警信息，若不属于，则认为不存在警情。

所述预警发布装置，包括：

预警展示装置：在基坑BIM模型中，将与预警信息对应的构件的显示状态进行更改，更改为预警状态；其中，所述预警状态用于指示预警信息的处理进度。

更为具体地，数据采集装置可通过采集设备实现，采集设备会布置在预先设计的需要监测的位置，对采集设备设置相关参数，可设置采集设备的监测时间、监测频率等参数，参数设置完成之后，设备即可按照需求开始自动运行，采集设备会安装设置的频率来监测相关数据并将数据返回到指定服务器。

预警分析装置负责对采集设备的实时数据进行实时分析，当监测数据达到预定报警值时便自动触发报警功能，并以各种报警方式通知相关人士及相关单位，预防安全事故的发生。报警通知方式可以为：推送通知、短信报警、邮件报警、动画报警、声光报警，可以选择任意一种或多种方式进行相应的报警设置。

预警发布装置使得移动终端能够获取查看到信息，包括基坑BIM模型中模拟创建真实位置的现场测点，现场测点监测的最新数据直接显示在基坑BIM模型的测点构件中，对报警状态的测点构件进行预设的处理(例如以不同的颜色显示或者闪烁等)，方便识别，测点构件在基坑BIM模型中的位置即对于施工过程真实的位置。

移动终端获取信息是指在移动设备安装基坑监测的APP，登录APP后即可查看相关监测数据，当自动预警触发报警系统时会向相关人员的APP推送消息，结束到消息可快速查看相关数据，同时对数据进行图形化处理，并可对历史数据进行对比分析。

在本发明优选的具体实施方式中，搭建数据存储器、网络传输及电源模块、中央处理器及服务器、主动预警输出设备(智能手机、IPAD、WEB网页、计算机客户端、私有云服务器)、支撑轴力计、基坑水平位移测斜仪、地下连续墙测斜仪、BIM模型存储器。

通过支撑轴力计、对钢支撑进行实时的自动检测，所采集的数据自动传输到数据存储器再经由中央处理器将原始数据计算后生成清单表格最后同步输出在手机客户端，电脑服务器端，同时保存在BIM模型存储器中，并且能够提前预设警戒值，当监测数据超过警戒值后主动报警在相应设备上，并根据反馈数据决定下一步操作。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，其特征在于，包括如下步骤：

数据采集步骤：采集基坑实时数据；

预警分析步骤：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；

预警发布步骤：通过基坑BIM模型发布预警信息。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，其特征在于，所述基坑实时数据包括通过现场测点采集得到的现场测点数据，其中，所述现场测点数据的属性包括现场测点的标识号。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，其特征在于，所述预警分析步骤，包括：

测点关系构建步骤：在具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据之间建立映射关系；其中，基坑BIM模型包括测点构件，测点构件的属性包括测点构件的标识号，测点构件的属性还包括测点构件数据；

实时数据映射步骤：按照所述映射关系，利用现场测点数据对测点构件数据进行更新；

测点构件数据分析步骤：对测点构件数据进行分析。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，其特征在于，所述预警分析步骤，包括：

预警对比步骤：判断基坑实时数据是否属于设置的警戒数值区间，若属于，则生成预警信息，若不属于，则认为不存在警情。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警方法，其特征在于，所述预警发布步骤，包括：

预警展示步骤：在基坑BIM模型中，将与预警信息对应的构件的显示状态进行更改，更改为预警状态；其中，所述预警状态用于指示预警信息的处理进度。

6.一种基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，其特征在于，包括如下装置：

数据采集装置：采集基坑实时数据；

预警分析装置：利用基坑BIM模型对基坑实时数据进行分析，得到预警信息；

预警发布装置：通过基坑BIM模型发布预警信息。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，其特征在于，所述基坑实时数据包括通过现场测点采集得到的现场测点数据，其中，所述现场测点数据的属性包括现场测点的标识号。

8.根据权利要求7所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，其特征在于，所述预警分析装置，包括：

测点关系构建装置：在具有相应标识号的现场测点数据和测点构件数据之间建立映射关系；其中，基坑BIM模型包括测点构件，测点构件的属性包括测点构件的标识号，测点构件的属性还包括测点构件数据；

实时数据映射装置：按照所述映射关系，利用现场测点数据对测点构件数据进行更新；

测点构件数据分析装置：对测点构件数据进行分析。

9.根据权利要求6所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，其特征在于，所述预警分析装置，包括：

预警对比装置：判断基坑实时数据是否属于设置的警戒数值区间，若属于，则生成预警信息，若不属于，则认为不存在警情。

10.根据权利要求6所述的基于BIM的基坑智能监测及主动预警系统，其特征在于，所述预警发布装置，包括：

预警展示装置：在基坑BIM模型中，将与预警信息对应的构件的显示状态进行更改，更改为预警状态；其中，所述预警状态用于指示预警信息的处理进度。