CN111441330A - 基于bim+gis的基坑监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于BIM+GIS的基坑监测系统及其监测方法，其中BIM具有信息一致性、可视化、协调性和模拟性等优点，GIS具有提高监测数据的信息化程度，易于管理和资源共享。所以本发明提出基于BIM+GIS的基坑监测系统基于BIM和GIS这些优点，本发明可以实现基坑的实时化监测，通过BIM和GIS系统实现基坑可视化显示，监测预警模块实现对基坑的潜在风险进行预警、报警，进而安全、顺利的完成基坑的施工。

Description

基于BIM+GIS的基坑监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及基坑监测领域，特别是一种基于BIM+GIS的基坑监测系统及其监测方法。

背景技术

当前我国深基坑施工呈现以下特点：挖深大、周期长、时效性强，往往要在基坑开挖时长时间抽取地下承压水，造成了对周围地质环境的强烈扰动，从而产生了严重地面沉降等一系列地质问题。在现代信息化施工理念的指导下，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成了工程建设及信息化施工必不可少的重要环节。

目前公开的基坑监测系统普遍存在如下问题：其一、目前广泛应用的深基坑变形监测方法自动化程度低、劳动强度高，时效性差，难以实现实时监控。虽然有些企业开发了自动监测设备，但现有的自动监测设备往往是将监测数据存储在监测点上设置的临时存储设备中，再由人工导入计算机；虽然克服了人工监测精度差的问题，但仍没有解决时效性差的问题，监测结果滞后、数据可靠度和利用率低、真实性差以及保存和经验积累效果差，无法在任意时刻任何位置查看监测情况，给基坑安全带来了隐患；其二、缺乏对基坑地质勘察、设计、建造、运维的相关资料、测点信息、监测仪器、周边建筑物等信息集成管理，上述信息及监测信息与基坑模型的关联分析功能较弱，信息共享性弱。其三、传统预警结果仍停留在二维平面上，缺乏在时间和三维空间上动态定位、跟踪危险工序及部位的技术手段。其四、在深基坑的开挖过程中,针对基坑壁面的内移和地表的下沉所获取的位移监测成果是判断基坑周围岩土及支撑结构的稳定性的重要依据，目前在深基坑位移监测中,主要采用钻孔位移计、全站仪和精密水准仪等进行监测。这些方法不能及时反映施工过程中基坑工程的异常变化，且对施工干扰大、监测工作危险。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于BIM+GIS的基坑监测系统及其监测方法，实现对基坑的实时监测。

本发明采用以下方案实现：一种基于BIM+GIS的基坑监测系统，包括监测预警系统、传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基础信息模块；所述监测预警系统包括BIM+GIS数据共享平台和预警系统；所述BIM+GIS数据共享平台包括BIM系统和GIS系统；所述传感器模块通过所述无线传输模块与所述数据采集模块连接，用以将所述传感器模块采集的基坑监测信息传输到所述数据采集模块进行保存及数据形式转换；所述BIM系统分别与所述数据采集模块和所述基础信息模块连接，用以获取所述基础信息模块的基础资料并通过Revit软件建立BIM的3D空间模型，并将所述数据采集模块中监测信息导入所建BIM的3D模型中；所述BIM+GIS数据共享平台与所述预警系统连接，用以根据所述GIS系统获取的基坑所在范围内的空间地理的信息化数据和所述BIM模块提供的3D模型进行预警工作，得到基坑监测存在风险项目的数据并与预警系统所设安全阈值对比超过阈值范围即为出现危险得出相应的预警、警报结果，用以进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考。

进一步地，所述传感器模块包括监测传感器应力计、土压力计、水位计和测斜管，用以进行垂直位移、支撑轴力、围护结构内力、土压力、地下水位、裂缝、深沉水平位移以及倾斜的监测，通过埋设对应监测项的监测传感器获取以上基坑监测数据信息，并通过所述无线远程传输模块将数据传输到数据采集模块中进行整和。

进一步地，本发明还提供一种基于BIM+GIS的基坑监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：在所述BIM模块中，将深基坑的图纸信息导入Revit软件中，利用Revit软件对深基坑进行三维建模生成3DBIM模型，并对BIM模型进行优化处理得到轻量化3DBIM模型；

步骤S2：将深基坑周围的地质信息导入uperMap软件中,利用GIS系统来存储、管理和分析基坑监测中大量不同种类的数据，用以挖掘和使用工程信息；

步骤S3：通过SuperMap软件直接读取Revit中BIM的建模数据，以此搭建BIM+GIS数据共享平台，用以实现BIM与GIS数据共享；

步骤S4：将利用传感器模块获取基坑变形监测信息、所述无线远程传输模块负责把传感器模块测得的数据传输到数据采集模块中，采集到的基坑监测信息包括施工进度、基坑结构变形数据、地面沉降数据、建筑物沉降倾斜数据的实时变形监测信息，与BIM深基坑的三维模型及周边环境GIS数据在SuperMap中进行整合，通过以上采集到的变形监测信息分析工程建设中基坑的安全风险，在BIM+GIS数据共享平台上以三维可视化的形式展示，并向各专业设计人员和施工人员发布相关信息，用以进行现场动态管理。

进一步地，步骤S1中所述对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型具体包括以下步骤：

步骤1：选定3DBIM模型的参考标志点并记录参考标志点的坐标，再对参考标志点的坐标进行移动处理，使其与现场测量放线的坐标保持一致；

步骤2：根据具体的基坑情况，通过结构专业BIM模型精度标准，选定BIM模型的压缩精度；

步骤3：选定要导出的BIM模型，并将其模型数据信息无损的输出到SuperMap中,通过SuperMap软件得到轻量化BIM模型。

进一步地，步骤S3中所述搭建GIM+BIM平台的具体内容为：通过CityGML将BIM数据转换为交换格式，然后导入SuperMap，SuperMap 平台直接读取该数据，从而实现 BIM与GIS数据的融合，用以进行基坑从宏观三维大场景到微观构建信息的一体化综合管理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用BIM和GIS技术，实现对基坑的实时监测。GIS系统获取基坑周边信息，所述的GIS信息能够与BIM模型结合，实现基坑的三维可视化展示，实现空间图形显示和空间信息查询与分析，从而更加有效地实现基坑施工的全面健康的监测和分析。

附图说明

图1为本发明实施例的BIM+GIS共享平台搭建原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供一种基于BIM+GIS的基坑监测系统，包括监测预警系统、传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基础信息模块；所述监测预警系统包括BIM+GIS数据共享平台和预警系统；所述BIM+GIS数据共享平台包括BIM系统和GIS系统；所述传感器模块通过所述无线传输模块与所述数据采集模块连接，用以将所述传感器模块采集的基坑监测信息传输到所述数据采集模块进行保存及数据形式转换；所述BIM系统分别与所述数据采集模块和所述基础信息模块连接，用以获取所述基础信息模块的基础资料并通过Revit软件建立BIM的3D空间模型，并将所述数据采集模块中监测信息导入所建BIM的3D模型中；所述BIM+GIS数据共享平台与所述预警系统连接，用以根据所述GIS系统获取的基坑所在范围内的空间地理的信息化数据和所述BIM模块提供的3D模型进行预警工作，得到基坑监测存在风险项目的数据并与预警系统所设安全阈值对比超过阈值范围（通过《建筑基坑工程监测技术规范 》中规范要求的一般基坑监测报警值来人为输入阈值范围）即为出现危险得出相应的预警、警报结果，用以进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考。

在本实施例中，所述传感器模块包括监测传感器应力计、土压力计、水位计和测斜管，用以进行垂直位移、支撑轴力、围护结构内力、土压力、地下水位、裂缝、深沉水平位移以及倾斜的监测，通过埋设对应监测项的监测传感器获取以上基坑监测数据信息，并通过所述无线远程传输模块将数据传输到数据采集模块中进行整和。

较佳的，本实施例还提供一种基于BIM+GIS的基坑监测系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：在所述BIM模块中，将深基坑的图纸信息导入Revit软件中，利用Revit软件对深基坑进行三维建模生成3DBIM模型，并对BIM模型进行优化处理得到轻量化3DBIM模型；

步骤S2：将深基坑周围的地质信息导入uperMap（SUPERMAP是处理GIS系统的一个软件，GIS系统全称是地理信息系统）软件中,利用GIS系统来存储、管理和分析基坑监测中大量不同种类的数据，用以挖掘和使用工程信息；

步骤S3：通过SuperMap软件直接读取Revit中BIM的建模数据，以此搭建BIM+GIS数据共享平台(云平台指的就是“BIM+GIS数据共享平台，该平台建立在SuperMap中，后面统称为BIM+GIS数据共享平台)，用以实现BIM与GIS数据共享；如图1所示；

步骤S4：将利用传感器模块获取基坑变形监测信息、所述无线远程传输模块负责把传感器模块测得的数据传输到数据采集模块中，采集到的基坑监测信息包括施工进度、基坑结构变形数据、地面沉降数据、建筑物沉降倾斜数据的实时变形监测信息，与BIM深基坑的三维模型及周边环境GIS数据在SuperMap中进行整合（通过SUPERMAP中自带整合两者数据的功能），通过以上采集到的变形监测信息分析工程建设中基坑的安全风险，在BIM+GIS数据共享平台上以三维可视化的形式展示，并向各专业设计人员和施工人员发布相关信息，用以进行现场动态管理。

在本实施例中，步骤S1中所述对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型具体包括以下步骤：

步骤1：选定3D BIM模型的参考标志点并记录参考标志点的坐标，再对参考标志点的坐标进行移动处理，使其与现场测量放线的坐标保持一致；

步骤2：根据具体的基坑情况，通过结构专业BIM模型精度标准，选定BIM模型的压缩精度；

步骤3：选定要导出的BIM模型，并将其模型数据信息无损的输出到SuperMap中,通过SuperMap软件得到轻量化BIM模型。

在本实施例中，步骤S3中所述搭建GIM+BIM平台的具体内容为：通过CityGML将BIM数据转换为交换格式，然后导入SuperMap，SuperMap 平台直接读取该数据，从而实现 BIM与GIS数据的融合，用以进行基坑从宏观三维大场景到微观构建信息的一体化综合管理。

较佳的，在本实施例中，所述数据采集模块将数据传输至GIM+BIM数据共享平台，进行数据分析整合，并将有关数据模型应用显示，在终端显示。

较佳的，在本实施例中，GIS系统能够有效地存储、管理和分析岩土工程中大量不同种类的数据以便充分挖掘和使用工程信息的方法为：

（1）建立三维地质模型，揭露场区不同地质环境的发育规律，评价施工过程中由地质产生的危险

（2）考虑地层移动和地表变形造成的地面沉陷、基坑垮塌、周边建筑物损害及地下管线损害等因素，在GIS中展现和分析不良地质体的空间分布，确定区域地质灾害风险等级。

（3）建立基坑施工地表变形监测安全预警系统，实现监测数据网络化管理动态分析，预测施工过程中的变形状况，从而指导工程建设的安全施工。

较佳的，在本实施例中，GIS与BIM两者在数据的输出上是不相通的2种技术，两者在数据交互上并不能完全实现直接统一，因而在交互时需要用到一种能够实现数据交互统一的方式一CityGML，CityGML将城市三维模型作为目标的一种数据构件方式，为GIS领域通用数据提供了标准，更给GIS和BIM技术的融合奠定了基础。

较佳的，在本实施例中，所述的GIS系统具备 3个重要的特点：(1)侧重于对数据库的管理系统功能，能够实现所有数据在统一平台中查询、显示空间和属性数据；(2)能够通过所有的坐标系和投影对其进行展示，也能将数据转换为几个不同的测绘通用数据，因而具备通用性强的特点；(3)能够提供矢量和栅格等多种属性分析方法，并具备很强的拓扑结构分析能力，可以用来作为存储和模拟空间关系数据。在本发明中，其主要是获取基坑周边信息，存储、管理和分析基坑监测中大量不同种类的数据以便充分挖掘和使用工程信息。所述的GIS系统能够与BIM系统在BIM+GIS共享平台结合，实现基坑的三维可视化展示，从而更加有效地实现基坑施工的全面健康的监测和分析；

较佳的，在本实施例中，所述的监测预警系统能够根据BIM+GIS提供的数据，是采用人工神经网络模型对水平位移、垂直位移、支撑轴力、围护结构内力、土压力、地下水位、裂缝、深沉水平位移以及倾斜等检测项中的监测数据进行预测，并根据后续数据对模型进行修正，做到提前预警。进行进一步的分析处理得到基坑监测存在风险项目的数据并与模块本身所设安全阈值对比，实现基坑的实际监测与理论模型的紧密结合，得出相应的预警、警报结果，能够实现对基坑现在的即时呈现并能呈现基坑进一步的发展趋势，对基坑方案和基坑风险提供了更好的平台和条件。此后进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考。

所述监测预警系统中发现设施某处发生状况，就可以通过BIM模型定位其在设施内的相对位置，再定位到GIS三维地图上，就可以第一时间发现问题所在。通过GIS与BIM 技术的巧妙结合，确保信息沟通，防止信息孤岛的产生，可以有效地提高基坑监测过程中的施工效率，监督整个工程的施工进度。

较佳的，在本实施例中，GIS+BIM数据共享原理:IFC ( Industry FoundationClasses)和CityGML ( City Geography Markup Language) 分别作为 BIM和3DGIS 领域通用的数据模型标准，前者具有面向设计和分析应用的多种几何表达方式和丰富的 建筑构造、设施几何语义信息，后者更加强调空间 对象的多尺度表达，以及对象的几何、拓扑和语义 的表达的一致性。并且，其定义的多个细节层次(LoDs)的建筑物模型，为大场景可视化和空间分析 提供了有利的条件。两类数据模型的几何、语义信息共享成为 BIM和GIS集成的基础。

较佳的，在本实施例中，通过BIM + GIS 的基坑监测技术，形成了基坑监测的可视化，依据数据进行科学管理科学决策的工作闭环，有效地提高了基坑施工安全。项目通过建立基坑模型，分析土体断裂线范围，重点监测部位，支撑体系应力变化点等数据，同时将第三方提供的基坑监测数据，通过项目云平台录入模型， 形成曲线图、柱状图等图表，在平台上点击各监测点即可查看相关的监测数据。区别与传统的监测报表，能更直观地对实时和历史监测的数据进行比较分析，使巡查工作更有针对性，对数据变化较大、较快部位进行预警，使项目管理者及时依据数据做出科学决策。

通过健康监测模块可实现对基坑监测过程中的风险和潜在危险提供预警、报警功能，并针对相关预警项目提供进一步的预警方案和应对措施，大大节省了实际监测中遇到风险后再实施处理措施的人力、财力资料和时间储备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于BIM+GIS的基坑监测系统，其特征在于：包括监测预警系统、传感器模块、数据采集模块、无线远程传输模块、基础信息模块；所述监测预警系统包括BIM+GIS数据共享平台和预警系统；所述BIM+GIS数据共享平台包括BIM系统和GIS系统；所述传感器模块通过所述无线传输模块与所述数据采集模块连接，用以将所述传感器模块采集的基坑监测信息传输到所述数据采集模块进行保存及数据形式转换；所述BIM系统分别与所述数据采集模块和所述基础信息模块连接，用以获取所述基础信息模块的基础资料并通过Revit软件建立BIM的3D空间模型，并将所述数据采集模块中监测信息导入所建BIM的3D模型中；所述BIM+GIS数据共享平台与所述预警系统连接，用以根据所述GIS系统获取的基坑所在范围内的空间地理的信息化数据和所述BIM模块提供的3D模型进行预警工作，得到基坑监测存在风险项目的数据并与预警系统所设安全阈值对比超过阈值范围，即为出现危险得出相应的预警、警报结果，用以进一步提供相应的处理决策的意见和建议供参考。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM+GIS的基坑监测系统，其特征在于：所述传感器模块包括监测传感器应力计、土压力计、水位计和测斜管，用以进行垂直位移、支撑轴力、围护结构内力、土压力、地下水位、裂缝、深沉水平位移以及倾斜的监测，通过埋设对应监测项的监测传感器获取以上基坑监测数据信息，并通过所述无线远程传输模块将数据传输到数据采集模块中进行整和。

3.一种基于权利要求1至2任一项所述的基于BIM+GIS的基坑监测系统的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：在所述BIM模块中，将深基坑的图纸信息导入Revit软件中，利用Revit软件对深基坑进行三维建模生成3DBIM模型，并对BIM模型进行优化处理得到轻量化3DBIM模型；

步骤S2：将深基坑周围的地质信息导入SuperMap软件中,利用GIS系统来存储、管理和分析基坑监测中大量不同种类的数据，用以挖掘和使用工程信息；

步骤S3：通过SuperMap软件直接读取Revit中BIM的建模数据，以此搭建BIM+GIS数据共享平台，用以实现BIM与GIS数据共享；

步骤S4：将利用传感器模块获取基坑变形监测信息、所述无线远程传输模块负责把传感器模块测得的数据传输到数据采集模块中，采集到的基坑监测信息包括施工进度、基坑结构变形数据、地面沉降数据、建筑物沉降倾斜数据的实时变形监测信息，与BIM深基坑的三维模型及周边环境GIS数据在SuperMap中进行整合，通过以上采集到的变形监测信息分析工程建设中基坑的安全风险，在BIM+GIS数据共享平台上以三维可视化的形式展示，并向各专业设计人员和施工人员发布相关信息，用以进行现场动态管理。

4.根据权利要求3所述的一种基于BIM+GIS的基坑监测系统的监测方法，其特征在于：步骤S1中所述对BIM模型进行优化处理得到轻量化BIM模型具体包括以下步骤：

步骤1：选定3DBIM模型的参考标志点并记录参考标志点的坐标，再对参考标志点的坐标进行移动处理，使其与现场测量放线的坐标保持一致；

步骤2：根据具体的基坑情况，通过结构专业BIM模型精度标准，选定BIM模型的压缩精度；

步骤3：选定要导出的BIM模型，并将其模型数据信息无损的输出到SuperMap中,通过SuperMap软件得到轻量化BIM模型。

5.根据权利提要求4所述的一种基于BIM+GIS的基坑监测系统的监测方法，其特征在于：步骤S3中所述搭建GIM+BIM平台的具体内容为：通过CityGML将BIM数据转换为交换格式，然后导入SuperMap，SuperMap 平台直接读取该数据，从而实现 BIM与GIS数据的融合，用以进行基坑从宏观三维大场景到微观构建信息的一体化综合管理。

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