CN111046460A - 一种基于bim的基坑监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的基坑监测系统及监测方法，包括监测端和BIM端，监测端包括边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置，BIM端包括信号接收装置、显示装置、信号处理装置、仿真模块和分区模块；边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置均与信号接收装置信号连接，信号接收装置、显示装置、仿真模块和分区模块均与信号处理装置信号连接。本发明提供的一种基于BIM的基坑监测系统能够对基坑进行实时监测，随时掌握基坑的信息，能够有效防止基坑挖掘过程中出现的安全问题，方便后期的拓展，将安全划分多个定级，通过相应的处理达到快速，高效的处理。

Description

一种基于BIM的基坑监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于工程建设技术领域，尤其属于工程建设管理智能控制技术领域，特别涉及一种基于BIM的基坑监测系统及监测方法。

背景技术

随着社会的发展，环境保护、安全生产等问题日益受到关注，建筑施工过程中会消耗大量的电力能源、钢筋混凝土等资源，会对环境产生很大影响，同时施工现场的复杂性、危险性决定了安全施工的重要性。因此，绿色与安全施工的理念越来越受到政府、建设单位、施工单位的重视，相应的国家、地方、企业的相关政策与标准也不断出台和更新。在此背景下，开展针对建筑工程的安全实时监测与报警的技术研究与应用，对施工过程中资源、环境、安全信息的实时监测及管理非常有必要。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图八大特点。它不是简单的将数字信息进行集成，而是一种数字信息的应用，并可以用于设计、建造、管理的数字化方法。随着国内建筑设计领域的发展，BIM已经初步应用于建筑工程行业并彰显了其巨大的商业价值，但目前BIM的应用现状，还存在很大的局限性，BIM引领的建筑工程领域的革命所应创造的经济效益和社会效益只是冰山一角。国内不少具有前瞻性与战略眼光的工程类企业开始思考如何应用BIM技术来提升项目管理水平与企业核心竞争力。BIM技术应用的最大价值就是在于能够打通建筑的全生命周期。这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。随着社会的发展，环境保护、安全生产等问题日益受到关注，建筑施工过程中会消耗大量的电力能源、钢筋混凝土等资源，会对环境产生很大影响，同时施工现场的复杂性、危险性决定了安全施工的重要性。因此，绿色与安全施工的理念越来越受到政府、建设单位、施工单位的重视，相应的国家、地方、企业的相关政策与标准也不断出台和更新。在此背景下，开展针对建筑工程的安全实时监测与报警的技术研究与应用，对施工过程中资源、环境、安全信息的实时监测及管理非常有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BIM的基坑监测系统激起监测方法，本发明能够实时对基坑进行监测，有效防止基坑在挖掘施工过程中容易出现的安全问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于BIM的基坑监测系统，包括监测端和BIM端，监测端包括边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置，BIM端包括信号接收装置、显示装置、信号处理装置、仿真模块和分区模块；

边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置均与信号接收装置信号连接，信号接收装置、显示装置、仿真模块和分区模块均与信号处理装置信号连接；

边线测距装置用于获取基坑边线与附近建筑物的距离，基坑物理检测装置用于对基坑的形状变化度进行检测，基坑应力检测装置用于对基坑内各个区域的应力进行测量，湿度检测装置可通过湿度传感器，检测基坑及基坑周围的土壤湿度，分区模块用于将多个基坑进行编号并将多个基坑信息分别发送至信号处理装置，仿真模块用于基坑数据、模型仿真。

边线测距装置使用测量仪获取基坑边线与附近建筑物的距离，并将相应数值输入至BIM端，基坑应力检测装置可通过应力传感器实时检测基坑的应力变化，并将相应数值发送至BIM端，BIM端在接收到这些数值后，进行计算，得到施工的安全信息，通过该安全信息随时对施工现场进行相应调整，还可对该数值和后续相关的施工项目进行提前模拟和仿真，得到模拟和仿真情况，然后对相应危险操作进行提交预防，保证施工安全。

基坑边线的确定首先会参考图纸，施工时会根据施工现场的实际情况，适当的使用放坡以保证基坑的稳定性，那么在基坑的建设中，将实际开挖的基坑参数输入至BIM端，可以通过BIM端对开挖的基坑进行实时数据监控，同时可以与原有整个施工现场模型相互对比，对后续需要进行的施工做出相应的调整，保证施工的快速、安全的目的。

根据施工现场的实际情况，包括地形和天气，基坑实际应力会与预先设计时考虑到的理论应力不同，进而需要改变基坑的设置，且在基坑的建设过程中，通过检测到基坑应力并将相应数据发送至BIM端，随时对基坑的应力参数进行监测，便于操作人员对基坑进行监控，保证施工时的质量，同时对后续施工可以做出相应调整，提高整个工程的质量，保证工程的安全性。

BIM端将上述中数据进行收集，同时将数据展示给操作人员，操作人员对现场进行实时监测，同时通过该数据，通过操作人员的辅助，展示即将完工的施工模型，并随时与最初理论施工做对比，对相应数据做出调整，保证整个施工进程，同时施工的效果能够更加完美得靠近最初预设计，既保证了整个施工时的安全、高效；同时避免因最初设计与实际施工情况相差过大，出现仓促返工，或安全指数相应减少的情况，进而提高整个施工工程的质量。

采用上述技术方案，在基坑挖掘前期，确定基坑的数量，根据设计施工图的相关参数，建立基坑模型；在挖掘过程中，对基坑涉及的倾斜面和垂直面等进行物理检测，并对基坑各个区域所受到的应力与BIM模型做对比，了解到工程建设过程中基坑的微小变化，还可对土钉、锚索承载力和支护桩等进行检测，更全面的了解到基坑的实时状态，经过信号传递反馈至BIM端，并输出相应参数，便于安全操作人员及时了解；对单个基坑的不同区域进行分区，和多个基坑进行分块，BIM端在信号处理后，分区分块显示信息，使得安全操作人员能够获取更加精确的数据，并能够更有效更快速的处理突发情况。

所述基坑物理检测装置包括激光扫描仪和平台沉降检测装置；可采用三维激光扫描仪对基坑表面进行检测，能够有效获取基坑的形变量以及裂纹。

所述基坑监测系统还包括报警装置。

所述报警装置包括施工现场报警装置和BIM端报警装置。

本发明还公开了一种基于BIM的基坑监测方法，监测方法基于上述基坑监测系统，包括以下步骤：

S1：利用BIM建立基坑模型；

S2：依据基坑模型进行基坑挖掘；

S3：挖掘过程中，对基坑的形态变化度、基坑各个区域所受应力和基坑周围土壤湿度进行检测；监测数据与模型标准值进行比较，并记录；

S4：S3中比较数据大于设定允许差出现异常，向BIM端发送信号；

S5：BIM端显示装置显示相关信息。

所述S1过程中，建立的基坑模型还包括基坑边线与相邻已完成或规划建立的建筑的距离、土层条件和土壤面貌。

所述S3和S4过程中，对基坑形态变化度的检测方法和数据传输方法包括以下步骤：

M1：依照基坑形态变化量划分等级，包括正常形变、快饱和形变、提示形变、警示形变和紧急形变，并分别向信号接收装置发送信号1、信号2、信号3、信号4和信号5；

M2：信号接收装置接收到信号1和信号2，BIM端显示装置无提示；

M3：信号接收装置接收到信号3，BIM端显示该区域为黄色；

M4：信号接收装置接收到信号4，BIM端显示该区域为橙色；

M5：信号接收装置接收到信号5，BIM端显示该区域为红色，报警装置发出报警。

采用上述技术方案，根据监测和预测分析结果，对可能发生和可以预警的事故进行预警。按照可能发生事故的危害程度、紧急程度和发展势态，分为黄色预警、橙色预警、红色预警三个等级进行预警。

黄色预警：监测累计值或变化速率达到控制指标的2/3时，发现者立即报告项目部值班人员，值班人员上报监理，并通知施工、监测、业主单位，各方密切注意，跟踪监测，由监理组织各方分析处置，警情得到控制后，监理及时解除预警，消警报送。

橙色预警：监测累计值达到控制值或出现其他危险情况时，发现者首先应采取紧急避险措施，撤离危险区域内人员，立即报告项目部值班人员。值班人员收到报告后首先向专职安全管理人员、主管现场施工活动的领导报告，然后上报业主单位，并通知施工、监测、监理、设计，由业主单位组织各方分析处置，各方高度重视，严格履职，跟踪警情，在警情得到控制后监理解除预警，消警报送。

红色警报：实测累计值和变化速率均达到控制值并伴有危险情况时，发现者立即报告项目部值班人员，发现者首先应采取紧急避险措施，撤离危险区域内人员，立即报告项目部值班人员。值班人员收到报告后首先向专职安全管理人员、主管现场施工活动的领导报告，然后上报建设单位工程部，并通知施工、监测、设计，建设单位工程部组织各方分析处置，视情况启动应急预案。各方严格履职积极落实，在警情消除后监理解除预警，消警报送。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种基于BIM的基坑监测系统能够对基坑进行实时监测，随时掌握基坑的信息；

(2)本发明提供的一种基于BIM的基坑监测系统能够有效防止基坑挖掘过程中出现的安全问题；

(3)本发明提供的一种基于BIM的基坑监测系统方便后期的拓展；

(4)本发明提供的一种基于BIM的基坑监测系统对于安全划分多个定级，通过相应的处理达到快速，高效的处理；

本发明提供的一种基于BIM的基坑监测系统具有很好的应用效果，同时具有很高的经济性。

附图说明

图1是本发明实施例的基于BIM的基坑监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的基于BIM的基坑监测系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。

实施例1：

基于BIM的基坑监测系统，包括监测端和BIM端，监测端包括边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置，BIM端包括信号接收装置、显示装置、信号处理装置、仿真模块和分区模块；

边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置均与信号接收装置信号连接，信号接收装置、显示装置、仿真模块和分区模块均与信号处理装置信号连接；

边线测距装置用于获取基坑边线与附近建筑物的距离，基坑物理检测装置用于对基坑的形状变化度进行检测，基坑应力检测装置用于对基坑内各个区域的应力进行测量，湿度检测装置可通过湿度传感器，检测基坑及基坑周围的土壤湿度，分区模块用于将多个基坑进行编号并将多个基坑信息分别发送至信号处理装置，仿真模块用于进行仿真。

边线测距装置使用测量仪获取基坑边线与附近建筑物的距离，并将相应数值输入至BIM端，基坑应力检测装置可通过应力传感器实时检测基坑的应力变化，并将相应数值发送至BIM端，BIM端在接收到这些数值后，进行计算，得到施工的安全信息，通过该安全信息随时对施工现场进行相应调整，还可对该数值和后续相关的施工项目进行提前模拟和仿真，得到模拟和仿真情况，然后对相应危险操作进行提交预防，保证施工安全。

基坑边线的确定首先会参考图纸，施工时会根据施工现场的实际情况，适当的使用放坡以保证基坑的稳定性，那么在基坑的建设中，将实际开挖的基坑参数输入至BIM端，可以通过BIM端对开挖的基坑进行实时数据监控，同时可以与原有整个施工现场模型相互对比，对后续需要进行的施工做出相应的调整，保证施工的快速、安全的目的。

根据施工现场的实际情况，包括地形和天气，基坑实际应力会与预先设计时考虑到的理论应力不同，进而需要改变基坑的设置，且在基坑的建设过程中，通过检测到基坑应力并将相应数据发送至BIM端，随时对基坑的应力参数进行监测，便于操作人员对基坑进行监控，保证施工时的质量，同时对后续施工可以做出相应调整，提高整个工程的质量，保证工程的安全性。

BIM端将上述中数据进行收集，同时将数据展示给操作人员，操作人员对现场进行实时监测，同时通过该数据，通过操作人员的辅助，展示即将完工的施工模型，并随时与最初理论施工做对比，对相应数据做出调整，保证整个施工进程，同时施工的效果能够更加完美得靠近最初预设计，既保证了整个施工时的安全，高效；同时避免因最初设计与实际施工情况相差过大，出现仓促返工，或安全指数相应减少的情况，进而提高整个施工工程的质量。

采用上述技术方案，在基坑挖掘前期，确定基坑的数量，根据设计施工图的相关参数，建立基坑模型；在挖掘过程中，对基坑涉及的倾斜面和垂直面等进行物理检测，并对基坑各个区域所受到的应力与BIM模型做对比，了解到工程建设过程中基坑的微小变化，还可对土钉、锚索承载力和支护桩等进行检测，更全面的了解到基坑的实时状态，经过信号传递反馈至BIM端，并输出相应参数，便于安全操作人员及时了解；对单个基坑的不同区域进行分区，和多个基坑进行分块，BIM端在信号处理后，分区分块显示信息，使得安全操作人员能够获取更加精确的数据，并能够更有效更快速的处理突发情况。

作为一种优选实施例，基坑物理检测装置包括激光扫描仪和平台沉降检测装置；可采用三维激光扫描仪对基坑表面进行检测，能够有效获取基坑的形变量以及裂纹；基坑在挖掘过程中，容易发生沉降，平台沉降检测装置检测具体的沉降的数值，并实时发送给予BIM端，当超出警戒值时发出报警。

作为一种优选实施例，基坑监测系统还包括报警装置；提示效果更好。

作为一种优选实施例，报警装置包括施工现场报警装置和BIM端报警装置；监测端与施工现场报警装置可直接信号连接，也可通过BIM端中转，BIM端报警装置便于安全操作人员的快速对异常区域进行定位，并合理分配现场施工人员，现场报警装置可提示现场施工人员注意安全，也便于现场施工人员快速采取应急措施。

实施例2：

基于BIM的基坑监测方法，监测方法基于实施例1的基坑监测系统，包括以下步骤：

S1：利用BIM建立基坑模型；

S2：依据基坑模型进行基坑挖掘；

S3：挖掘过程中，对基坑的形态变化度、基坑各个区域所受应力和基坑周围土壤湿度进行检测；监测数据与模型标准值进行比较，并记录；

S4：S3中比较数据大于设定允许差出现异常，向BIM端发送信号；

S5：BIM端显示装置显示相关信息。

作为一种优选实施例，S1过程中，建立的基坑模型还包括基坑边线与相邻已完成或规划建立的建筑的距离、土层条件和土壤面貌；能够有效防止基坑支护或邻边和桩孔变形造成坍塌和支护桩变形倒塌的情况。

作为一种优选实施例，S3和S4过程中，对基坑形态变化度的检测方法和数据传输方法包括以下步骤：

M1：依照基坑形态变化量划分等级，包括正常形变、快饱和形变、提示形变、警示形变和紧急形变，并分别向信号接收装置发送信号1、信号2、信号3、信号4和信号5；

M2：信号接收装置接收到信号1和信号2，BIM端显示装置无提示；

M3：信号接收装置接收到信号3，BIM端显示该区域为黄色；

M4：信号接收装置接收到信号4，BIM端显示该区域为橙色；

M5：信号接收装置接收到信号5，BIM端显示该区域为红色，报警装置发出报警。

采用上述技术方案，根据监测和预测分析结果，对可能发生和可以预警的事故进行预警。按照可能发生事故的危害程度、紧急程度和发展势态，分为黄色预警、橙色预警、红色预警三个等级进行预警。

黄色预警：监测累计值或变化速率达到控制指标的2/3时，发现者立即报告项目部值班人员，值班人员上报监理，并通知施工、监测、业主单位，各方密切注意，跟踪监测，由监理组织各方分析处置，警情得到控制后，监理及时解除预警，消警报送。

橙色预警：监测累计值达到控制值或出现其他危险情况时，发现者首先应采取紧急避险措施，撤离危险区域内人员，立即报告项目部值班人员。值班人员收到报告后首先向专职安全管理人员、主管现场施工活动的领导报告，然后上报业主单位，并通知施工、监测、监理、设计，由业主单位组织各方分析处置，各方高度重视，严格履职，跟踪警情，在警情得到控制后监理解除预警，消警报送。

红色警报：实测累计值和变化速率均达到控制值并伴有危险情况时，发现者立即报告项目部值班人员，发现者首先应采取紧急避险措施，撤离危险区域内人员，立即报告项目部值班人员。值班人员收到报告后首先向专职安全管理人员、主管现场施工活动的领导报告，然后上报建设单位工程部，并通知施工、监测、设计，建设单位工程部组织各方分析处置，视情况启动应急预案。各方严格履职积极落实，在警情消除后监理解除预警，消警报送。

工作原理：操作人员将最初设计的参数相应的放置于BIM端中，并生成相应的仿真模型；在实际操作过程中，边线测距装置、激光扫描仪、基坑应力检测装置和湿度检测装置将检测到的相应数据发送至BIM端，各个数据设置相应的阈值，到超过阈值时，通过报警端进行报警；同时，针对施工的实际情况，在调整基坑参数或一部分建筑的参数时，将相应的修改参数输入至BIM端，并生成相应的仿真模型，将该仿真模型与最初的仿真模型作对比，得到偏差度，在发现会对后续施工造成影响时，需要对后续的施工的各个参数进行校正，以保证最终得到的实际建筑与最初的理论建筑的偏差度保持在合理范围内；在偏差度过大时，报警端会发出预警，以便操作人员及时的针对各个情况进行不同的参数校正，以保证整个施工工程的质量。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种基于BIM的基坑监测系统，其特征在于，包括监测端和BIM端，监测端包括边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置，BIM端包括信号接收装置、显示装置、信号处理装置、仿真模块和分区模块；

边线测距装置、基坑物理检测装置、基坑应力检测装置和湿度检测装置均与信号接收装置信号连接，信号接收装置、显示装置、仿真模块和分区模块均与信号处理装置信号连接；

边线测距装置用于获取基坑边线与附近建筑物的距离，基坑物理检测装置用于对基坑的形状变化度进行检测，基坑应力检测装置用于对基坑内各个区域的应力进行测量，湿度检测装置用于检测基坑及基坑周围的土壤湿度，分区模块用于将多个基坑进行编号并将多个基坑信息分别发送至信号处理装置，仿真模块用于基坑数据、模型仿真。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的基坑监测系统，其特征在于，所述基坑物理检测装置包括激光扫描仪和平台沉降检测装置。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的基坑监测系统，其特征在于，所述基坑监测系统包括报警装置。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的基坑监测系统，其特征在于，所述报警装置包括施工现场报警装置和BIM端报警装置。

5.一种基于BIM的基坑监测方法，监测方法利用权利要求1至4任一项所述监测系统进行监测，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用BIM建立基坑模型；

S2：依据基坑模型进行基坑挖掘；

S3：挖掘过程中，对基坑的形态变化度、基坑各个区域所受应力和基坑周围土壤湿度进行检测；监测数据与模型标准值进行比较，并记录；

S4：S3中比较数据大于设定允许差出现异常，向BIM端发送信号；

S5：BIM端显示装置显示相关信息。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的基坑监测方法，其特征在于，所述S1步骤中，建立的基坑模型还包括基坑边线与相邻已完成或规划建立的建筑的距离、土层条件和土壤面貌。

7.根据权利要求5所述的基于BIM的基坑监测方法，其特征在于，所述S3和S4过程中，对基坑形态变化度的检测方法和数据传输方法包括以下步骤：

M1：依照基坑形态变化量划分等级，包括正常形变、快饱和形变、提示形变、警示形变和紧急形变，并分别向信号接收装置发送信号1、信号2、信号3、信号4和信号5；

M2：信号接收装置接收到信号1和信号2，BIM端显示装置无提示；

M3：信号接收装置接收到信号3，BIM端显示该区域为黄色；

M4：信号接收装置接收到信号4，BIM端显示该区域为橙色；

M5：信号接收装置接收到信号5，BIM端显示该区域为红色，报警装置发出报警。

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