BIM下地鐵基坑監(jiān)測管理信息系統淺議

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摘要:基坑工程是建筑工程中最為常見的工程，基坑變形監(jiān)測是基坑工程中必不可少的工作之一，但是由于日常監(jiān)測工作中煩瑣的數據處理與歸檔容易造成數據的錯漏，并且不能及時為管理者提供信息反饋并做出決策。研究基坑監(jiān)測技術與bim技術，并針對基坑監(jiān)測相關內容分析用戶需求，設計了系統的結構與功能，運用BIM技術建立該工程BIM模型。通過c#將BIM模型生成的3ds文件解析并重繪，實現三維顯示模塊，并通過模型能夠實現檢測數據的查詢與交互。

關鍵詞:地鐵;基坑監(jiān)測;建筑信息模型;管理信息系統

1引言

隨著各城市的快速發(fā)展，地鐵建設項目極速增加，鑒于地鐵基坑都是深大基坑的特點，基坑的變形監(jiān)測在施工中已經成為不可或缺的安全監(jiān)控手段。傳統的監(jiān)測匯報管理方式明顯不能滿足日益增長的大信息量的作業(yè)模式。因此，需要建立一個綜合性強，功能全面，信息集中的集成化的管理系統，此管理系統需要能及時地進行數據處理、信息分類，為決策者及時準確地提供反饋信息。由于BIM的可視化技術、模型包含大量信息等特點，地鐵基坑多為深大基坑、施工周期長等特點，這也使得其在監(jiān)測中的應用是必然趨勢，對于工程安全具有重大意義。

2相關技術

2.1基坑監(jiān)測技術

基坑是整個項目的基礎工程，它具有階段性的特征，但在進行基坑實施過程中，其風險系數高，安全儲備較小，容易發(fā)生安全事故［1］。而地鐵基坑一般都屬于深大基坑，各地層地質環(huán)境變化多，開挖深度高，支護要求高，對其安全性提出了更高的要求。隨著基坑施工出現了科學的設計理念和完備的施工作業(yè)方法，基坑監(jiān)測已成為施工中的重要組成部分，基坑監(jiān)測的目的主要是:(1)驗證支護結構設計，指導基坑開挖和配套結構的施工。在進行基坑開挖時，是根據支護結構設計方案進行防護的，而設計方案對于支護結構是否成功具有最重要的作用［2］。(2)保證基坑支護的安全。按照監(jiān)測方案每日進行監(jiān)測控制，實行信息化施工，當此情況出現時，能夠及時發(fā)現，能有效地避免或減輕破壞的后果。(3)總結工程經驗，為改進設計分析提供支撐和依據。當工程項目完成和監(jiān)測結束之后，在整個監(jiān)測階段和施工中遇到的情況為下次的施工設計提供很好的借鑒作用。一般基坑的監(jiān)測內容都是結合項目的設計要求與相應施工的規(guī)范文件，以及基坑周邊環(huán)境的性質和基坑需要的安全等級來確定的。

2.2BIM技術

建筑信息模型(BIM)是指在建筑物建設的全生命周期中，從設計、施工、運營等相關的建筑信息數據的集合體。運用該模型數據數字化技術實時動態(tài)地模擬施工、運營的多個環(huán)節(jié)，大大提高生產率和控制成本，有效地反饋施工中的重難點。建筑信息模型(也簡稱BIM)在全周期過程中產生了包括建筑構件位置關系、幾何關系、空間地理信息及建筑結構件的數量和性能等信息。BIM帶來的優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面:(1)可視化。BIM建立的三維模型，是根據建筑設計建立的真三維模型。其模型中包含相關數據信息，并且在模擬施工過程中進行可視化的操作。該實體的模型在設計、實施、運用等過程中均可調整并修改［3］。(2)協調性。由于可視化的特點，對于非本領域的人員更直觀地觀察，也方便了各部門之間進行更好的溝通、討論與決策。(3)模擬性。BIM在不同的階段可以進行不同的模擬，在施工階段，可以進行施工組織模擬施工［4－5］，還可以進行5D模擬有效控制成本。(4)優(yōu)化性。事實上整個設計、施工、運營的過程就是一個不斷優(yōu)化的過程，BIM的軟件及與其配套的各種優(yōu)化工具能對項目進行優(yōu)化處理。(5)可出圖性［6］。在BIM模型建立之后，在模型內進行構件間的碰撞檢測，根據反饋結果可消除原設計圖紙中的矛盾點，并最終得到綜合設計施工圖。

3工程概況

江城大道站位于武漢市漢陽區(qū)，是武漢軌道交通六號線其中一站，此站規(guī)劃設計為與軌道交通10號線換乘站。整體來說，施工工區(qū)建筑物較少，多為荒地與空曠廠區(qū)。江城大道站為地下2層島式車站，大里程端帶單渡線，車站外包總長304．9m，車站有效站臺中心里程右K3+711.000，車站起點里程右K3+623.360、終點里程右K3+928.260，采用明挖法施工。車站主體基坑標準段寬22．1m，端頭盾構井處寬27．2m，基坑深度約17．2m～19．1m［7］，總開挖面積約5981m2，基坑底位于Q2堅硬狀的老黏土中?；訄龅丶爸苓叞?根φ300雨水管和一個尺寸為1400mm×300mm電力管溝內有1根10KV的高壓電纜。

4基于BIM技術的基坑監(jiān)測管理系統

4.1系統設計

基坑監(jiān)測管理信息系統是一個綜合性集成的系統，是對各期監(jiān)測數據進行科學性系統性管理的系統。伴隨移動互聯網、物聯網、云計算、BIM等信息技術的快速發(fā)展［8］，基坑監(jiān)測可通過融合多種信息化元素來實現流程的升級再造。該系統功能需要滿足數據日常管理、往期數據查詢、分析與預測、監(jiān)測報表自動化輸出等功能。從整體需求設計整個系統流程框架如圖1所示。

4.2系統實現

(1)結構功能實現該系統是需要將各個監(jiān)測項目在外業(yè)采集完的數據和巡視資料，經過簡單的計算平差后導入到系統中，進行存儲管理。數據存儲之后，再通過監(jiān)測處理，可以得到不同時間段的每日變形量和累計變形量，及在一段時間內的總變形量，再進行報表輸出。監(jiān)測處理之后，變形量的變化可以通過模型來進行數據展示和圖形顯示，并進行變形預測與分析。根據項目分析，把系統功能包括“工程管理”“設置報警值”“工程概況及巡查日志”“常規(guī)監(jiān)測項目管理”“其他監(jiān)測項目管理”“BIM查詢分析”“報表輸出”“實用工具”“幫助”等9個模塊。其框架與功能模塊如圖2所示。(2)BIM模型建立根據江城大道站施工技術設計書，基坑挖掘深度17．2m～19．1m。按照建筑設計的圖紙，采用Revit來繪制BIM模型。在Revit中，選擇項目樣板，創(chuàng)建項目，確定項目標高、軸網，繪制符合現場情況的基坑信息模型。基本設計流程遵循“由整體到局部”的原則，從整體出發(fā)，逐步細化。最終基坑BIM模型如圖3所示。(3)BIM查詢分析①BIM文件的格式Revit的項目文件格式是．rvt文件，由于Revit的文件格式不能直接讀取，通過其導出的dwg文件格式，然后在3dsMax中導入dwg文件，然后再導出．3ds文件格式。3DS是三維幾何建模軟件3dsMax用來保存模型信息的一種文件結構，可與其他的文件格式進行相互轉化，因此選擇它作為與管理信息系統連接的文件格式。②模型的讀取和顯示了解整個3ds文件格式之后就是要讀取并解析該文件，從中挑選需要用到的信息。通過這些信息，其中有各個頂點的坐標，通過這些坐標將模型重繪出來，并加上材質顏色等，工程中需要的信息。如:頂點列表、面列表和紋理列表等就可以了。3ds文件是二進制的。3ds格式的基本單元叫塊(chunk)。讀取時讀塊信息。目錄樹如下，縮進風格體現了塊的父子關系?？梢?ds模型文件和XML文件類似，都是只有1個根結點的樹狀結構。以類型標識為0x4D4D的MAINCHUNK為例，整個3ds文件的前兩個byte必須是0x4D4D，否則就說明這個文件不是3ds模型文件。然后從第3到第6個byte是一個Uint32型的數值，表示整個MAINCHUNK的長度。由于MAINCHUNK是整個3ds文件的根結點，它的長度也是整個3ds文件的長度。下面給出讀取3ds文件部分代碼:③數據交互當讀取數據后，將會在窗體中顯示整個模型，可以進行模型的放大、縮小及旋轉。該模型為武漢地鐵六號線江城大道站的基坑BIM模型，通過數據轉換到3ds模式之后，解析與顯示在該系統中。在拾取監(jiān)測點實體的時候，會彈出窗口，允許輸入點號，可以查詢該監(jiān)測點的所有觀測數據，如圖4所示。選取某段時間的監(jiān)測數據，直接可以得到該監(jiān)測點的累計變化量的時程曲線。數據查詢窗口中提供以時間為軸對累計變化量、日變化量、變化速率進行查詢。用戶依次選擇監(jiān)測項目、測點編號、開始時間、結束時間即可對數據進行查詢，如圖5所示。并可選擇預測方法，給定預測期數即可進行預測。

4.3系統應用

通過武漢地鐵六號線江城大道站的實測數據對系統進行了測試，在使用時，界面友好，功能齊全，實用性強，可以是煩瑣復雜的監(jiān)測數據集中管理，計算簡單，報表規(guī)范化，減輕了操作人員的勞動強度，效率也大大提高。而且不同監(jiān)測的情況可以通過集成的管理信息系統平臺了解到實時的施工狀態(tài)，不會出現在人工上的錯漏等失誤，也促進了各專業(yè)之間的交流。

作者:郭昱銘 沙文東 李謀思 單位:武漢市勘察設計有限公司