CN108385691A - 集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理d-bim平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D‑BIM平台：① 通过基坑D‑BIM平台，实时反映基坑开挖进度、基坑支护体系建设以及周边建筑物对基坑施工的响应；② 由北斗高精度定位、测绘设备、应力‑应变传感器、地下水位计等组成的实时监测体系，监测信号由D‑BIM平台实时收集，建立数据库；③ 通过D‑BIM平台可直接调阅、分析基坑变形数据库的监测数据，当监测数据大于预警阈值时，直接报警；④ D‑BIM平台可将模型实时传递至有限元分析软件，对基坑支护体系、地下水运动和基坑稳定性进行分析、预测。本发明不仅能直观地通过D‑BIM模型显示施工过程中支护结构与基坑稳定的相互关系，对潜在安全隐患进行预警，而且能够有效协助现场管理决策者发现问题采取相应补救措施。

Description

集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM 平台

技术领域

本发明属于土木工程施工领域，是一种动态的基坑监测和施工管理，特别是一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台。

背景技术

无论是现代高层、超高层建筑还是城市地铁车站，都涉及到深基坑的开挖施工，这些建筑物一般位于城市中心，建筑物密集、周围环境复杂多变，使得基坑动态监测在上述建筑物的基坑施工过程中不可或缺。

基坑变形大部分由局部施工的进度不均引起，如果支护体系结构强度满足荷载所述，只需调整施工时序即可保持整个基坑的稳定；有小部分基坑变形是趋势性灾害行为的前奏，而这种基坑变形，可通过对变形数据、周边地下水位和支护体系的力学特征的分析才能做出准确判断。

BIM是土木工程行业施工和维护信息化管理不可缺少的平台，施工单位借助BIM建模，在技术标中直观地显示、分析基坑施工的重点、难点，也可以通过BIM模型及时分解基坑施工各个环节，实现各部分有序施工。但是现有的BIM模型忽略了整个基坑的动态变化，无法体现施工过程实时变化的特征。

发明专利“一种基于BIM的施工过程基坑变形监测、预警平台”（专利号：2017104403560）虽然体现了对基坑施工、监测的动态管理，但并不能体现动态过程，不是一个独立的可视化管理平台。发明专利“一种应用于建筑施工过程、运营和维护综合管理的D-BIM方法”是对D-BIM主要功能、工作机理、应用范畴的详细解释，是D-BIM程序开发的技术原理。本文申请之发明专利是发明专利“一种应用于建筑施工过程、运营和维护综合管理的D-BIM方法”在基坑施工、监测和管理的应用发明成果。

有鉴于此，亟需一种能够实时反映施工过程和相应基坑特征，且满足施工企业日常监测、预警和施工管理D-BIM平台。

发明内容

为克服现有方法的不足，本发明提供一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，可以实时通过D-BIM模型反映基坑施工过程与相应基坑特征之间的联系，对趋势性不利变形进行自动报警，以便现场管理人员及时采取措施降低安全风险。

为了达到上述目的，本发明所采取的方案如下：

①根据基坑开挖方案和施工进度，建立基于D-BIM的开挖时变模型，包括基坑开挖的地形变化、支护体系和周边建筑物；

②现场布设监测设备，建立由北斗高精度定位系统、测绘设备、应力-应变传感器、地下水位计组成的实时监测体系，监测信号通过D-BIM数据平台实时收集，建立监测数据库，即D-BIM控制平台和基坑变形数据库，对基坑特征进行监测并相应地在基坑D-BIM模型上设置映射点位，两者之间通过无线信号和基坑特征数据库实现数据传输；

③根据映射关系在D-BIM模型上设置监测点位，通过基坑D-BIM监测平台可直接调阅监测数据库的相关数据，包括地下水位、支护结构荷载、基坑地形变化以及周边建筑物沉降、位移；

④通过BIM二次开发，D-BIM平台集成了基坑施工的相关规范，当实时监测数据超过规范允许时，平台直接报警，并可视化相关区域，以便现场施工人员及时采取针对性措施；

⑤相关数据通过D-BIM平台的数据通道导入有限元分析软件，进行支护体系时变力学分析以及地下水运动趋势、基坑稳定分析，及时调整施工方案。

本发明进一步改进在于：步骤①中，D-BIM实体模型可直观反映基坑开挖区域、进度，不同施工设施实时位置，支护体系实际受力状况，以及周边建筑物的影响，现场管理者可通过D-BIM模型直观了解现场施工状况。

本发明进一步改进在于：步骤②中，D-BIM控制平台是根据实际需求，二次开发的成果，D-BIM平台实时反映基坑支护体系的施工进度、基坑开挖的地形时变特征以及周边建筑物对基坑施工的响应，包括整个基坑施工的实时可视化界面，整个监测、预警系统操作界面和监测数据的可视化界面，以及现场实物与D-BIM模型之间的映射关系。

本发明进一步改进在于：步骤③中，以北斗高精度定位系统提供的定位接收器为核心，通过无线设备传输信号，至总控平台，建立监测数据库；北斗高精度定位系统、测绘设备、应力-应变传感器、地下水位计组成的监测体系实时监测基坑土体的位移和沉降、支护体系的力学特征以及地下水位运动趋势，现场监测的数据反馈至主计算机进行数据结构转换后存储，作为判断基坑稳定的基础数据库。

本发明进一步改进在于：D-BIM平台调用基坑变形数据库，可直接观察支护结构的施工进度、强度变化、荷载大小，通过计算可分析支护结构与侧向土压力之间的平衡关系。

本发明进一步改进在于：步骤④中，D-BIM平台根据实测数据进行计算分析，当基坑变形超过预警阈值时或支护结构受荷超过允许强度时，系统自动报警并在BIM模型中显示明显变形区域，提醒施工管理者提前做好预防措施，防止安全事故的发生。

本发明进一步改进在于：将监测到的相关数据通过D-BIM平台的数据通道导入有限元分析软件，建立时变力学分析模型，模拟地下水位和基坑土体的运动，进行及时预警，提高施工、管理的效率。

本发明进一步改进在于：基坑施工现状可实时采集，通过D-BIM平台反馈至现场施工员，实现施工现场管理的实时化、信息化、可视化。

本发明进一步改进在于： 北斗高精度定位系统、测绘设备、应力-应变传感器、地下水位计组成的监测体系实时监测基坑地下水位运动、支护结构力学特征，作为判断基坑稳定的基础数据。

本发明进一步改进在于：通过二次开发形成D-BIM平台的三大界面，基坑支护变形的可视化监测界面，监测、预警系统的操作界面以及监测数据的可视化图表。

有益效果：

集成北斗定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，通过D-BIM平台将基坑开挖、支护体系建设、施工设备的动态过程与基坑监测紧密联系形成整体，施工现场管理者可通过施工动态过程与监测数据的比较，及时调整施工时序，提高施工效率，降低施工安全风险。同时，系统对较为明显的基坑变形以及支护结构强度不能满足受荷要求的区域自动报警，以便管理者及时作出安全预案，进行调整，避免安全事故的发生。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点。

针对我国某超高层商、住两用地下室深基坑施工过程的基坑动态监测，提出了一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台。不仅可直观反映基坑施工过程支护结构强度变化与受荷和基坑变形之间的内在联系，还可以对高于预警阈值的基坑变形区域和受荷超过强度的结构自动报警，提醒现场管理者及时采取合理措施预防安全事故的发生。

实施例1：

① 总承建商根据现场地质条件和周边环境，制订基坑开挖、支护方案和施工进度计划，并根据实际施工进度建立基坑时变D-BIM模型；通过D-BIM模型，可显示基坑开挖区域、进度，不同施工设施实时位置，支护体系施工进度和强度变化；

② 通过二次开发, 建立集成北斗高精度定位系统的基坑监测D-BIM平台和基坑变形数据库；

③ 根据监测方案，现场布设监测设备监测基坑变形、结构强度与受荷，并相应地在D-BIM模型上设置映射点位，现场监测的数据通过无线信号反馈至计算机，经过数据结构转换处理后，存储于整个数据库。其中，监测体系的控制点，部分边坡变形监测点以及周边高层建筑物监测均采用具有北斗高精度定位的接收器，其他位移、沉降监测采用光学测绘仪器。

④ D-BIM平台集成了相关规范重新编写的基坑变形自动报警程序，可直接调阅、分析北斗定位系统及基坑监测的数据，当现场基坑变形大于预警阈值时或结构受荷大于其允许强度时，可直接报警，以便现场施工人员及时采取针对性措施。

⑤ 将监测到的相关数据通过D-BIM平台的数据通道导入有限元分析软件，建立时变力学分析模型，模拟地下水位和基坑土体的运动趋势，判断力学发展方向，及时预警，提高施工、管理的效率。

上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于：

① 根据基坑施工方案和实际进度，建立D-BIM模型，包括基坑开挖的地形变化、支护体系和周边建筑物；

② 建立由北斗系统、测绘设备、应力-应变传感器、地下水位计组成的实时监测体系，监测信号通过D-BIM数据平台实时收集，建立监测数据库；

③ 根据映射关系在BIM模型上设置监测点位，通过基坑D-BIM监测平台可直接调阅监测数据库的相关数据，包括地下水位、支护结构荷载、基坑地形变化以及周边建筑物沉降、位移；

④ 通过BIM二次开发，D-BIM平台集成了基坑施工的相关规范，当实时监测数据超过规范允许时，平台直接报警，并可视化相关区域；

⑤ 相关数据通过D-BIM平台的数据通道导入有限元分析软件，进行支护体系时变力学分析以及地下水运动趋势、基坑稳定分析，及时调整施工方案。

2.根据权利要求书1所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于：步骤②中，D-BIM平台实时反映基坑支护体系的施工进度、基坑开挖的地形时变特征以及周边建筑物对基坑施工的响应。

3.根据权利要求书1所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于：步骤③中，以北斗高精度定位系统提供的定位接收器为核心，通过无线设备传输信号，至总控平台，建立监测数据库。

4.根据权利要求书1所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于：步骤④中，D-BIM二次开发时，根据相关行业规范、标准，确定预警阈值，当监测数据超过预警阈值时，系统自动报警。

5.根据权利要求书1所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于：步骤⑤中，利用D-BIM平台的数据通道传输数据，建立时变有限元力学分析模型，模拟基坑周边地下水运动以及基坑土体发展趋势，以供现场评估安全隐患及时调整施工时序。

6.根据权利要求书2所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于: 基坑施工现状可实时采集，通过D-BIM平台反馈至现场施工员，实现施工现场管理的实时化、信息化、可视化。

7.根据权利要求书3所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于: 北斗系统、测绘设备、应力-应变传感器、地下水位计组成的监测体系实时监测基坑地下水位运动、支护结构力学特征，作为判断基坑稳定的基础数据。

8.根据权利要求书4所述的一种集成北斗高精度定位系统的基坑监测、预警和施工管理D-BIM平台，其特征在于: 通过二次开发形成D-BIM平台的三大界面，基坑支护变形的可视化监测界面，监测、预警系统的操作界面以及监测数据的可视化图表。