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BIM技术在基坑监测中的应用

日期：2016-12-30 9:35:10　来源：互联网　浏览数：
　

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0 前言
    随着国内高层建筑快速发展，建筑基坑的深度不断加深。基坑工程的质量直接决定了高层建筑的安全性，这些深基坑工程一般都位于建筑林立的城市中心或者靠近地铁隧道和各种管线，给设计和施工带来了巨大的挑战。
    1· 基坑监测的重要性
    1. 1 基坑监测技术
    基坑监测技术就是指基坑在开挖施工过程中，用科学的方法对周围环境的动态变化进行综合监测。然后将监测到的数据、工程情况与预期的性状进行比较，对设计施工方案进行判断，如方案有不足，应该进行合理地修改。还要对后续施工提供合理的建议，预测接下来可能出现新行为、新情况，对可能出现的工程险情要做出预报。技术人员一旦发现危险情况，要马上采取措施，确保生命财产安全。
    1. 2 基坑监测的作用
    因为岩土体是各向异性、非均质且不连续的，这些工程性质给我们对工程变化的预测带来了困难，所以工程中结合理论对岩土体进行持续监测非常有必要。基坑监测就是为了得到基坑沉降和水平位移、土体变化、地下水位变化等多种变形参数，然后观察它们的规律。
    基坑工程对周边环境的影响非常重要，分析监测到的实时数据的规律，就可以合理地判断工程是否会出现异常情况，为采取必要的预防措施提供依据。如果监测时发现情况异常，应该及时通知监理和设计单位，与其交流，以便得出合理的处理方案，确保工程能够安全顺利的进行。
    2· BIM 的功能
    BIM 技术运用在基坑监测中，可以提高工程施工的可视化程度，让操作人员更加直观地了解整个工程，提高工程效率，使工程管理更加精细，减少现场返工，节约成本。BIM 还有场景漫游、施工模拟、实时监控、空间量测、分析报警、历史数据查询等功能。
    1) 场景漫游。自定义路径并以飞行的第一人称视角在三维场景中进行漫游浏览，系统、直观地看清整个工程，了解空间位置情况。
    2) 施工模拟。通过多平台协作，模拟基坑结构变形、周边地面沉降情况、地下管线沉降、周边建筑物的沉降倾斜等监测数据并进行应用仿真。
    3) 实时监控。根据实际需要，可以实时查看地面、地下作业面的相关情况。
    4) 空间量测。提供面积、长度、空间长度，获取坐标和输出标高，并根据需要提供地面沉降量的统计等功能。
    5) 分析报警。对监测的变形数据进行分析，当监测数据达到某一警戒值时，立即发出警报。
    6) 历史数据查询。将结构变形、管线变形、周边地面沉降形态、周边重要建筑物的沉降倾斜等监测数据沿时间轴展现出来，人们可以快速方便地查看任意时间、地点的信息数据。
    3· 实际应用
    本文以实际基坑工程为例，基于AUTODESK ＲEVIT、CIVIL 3D 等平台处理基坑信息并建立模型，并结合限元分析软件ANSYS 进行受力变形分析。
    3. 1 工程信息
    某项目位于重庆两江新区，工程中基坑为矩形，长轴方向为北东－南西向，长80 m、宽70 m，坑深32. 5 m，基坑共有地下6 层，其设计开挖要求为单层开挖不得大于5. 0 m。地上四周为市政道路。同时左侧建有全长780 m，宽约22. 8 m 的双线单洞隧道。基坑开挖完成后西侧最底面距双线隧道顶、侧面的最短距离小于10 m。
    同时，基坑左侧有一已开挖基坑边坡，本工程的开挖不仅会影响下方已有隧道，还会影响左边已开挖基坑，反之这些已有项目也将会对本工程的开挖稳定性和安全产生重要影响。所以在施工过程中采用BIM 对基坑监测数据进行分析，模拟施工过程，判断可能出现的危险，为施工提供合理可靠的参数依据。
    3. 2 建立模型
    将全站仪测量坐标点导出为txt 文件，用ＲEVIT 读取坐标点文件，通过场地选项建立地表模型，根据基坑信息在二维图形中找出基坑位置，用建筑地坪命令，设置标高为负值的方法创建出基坑模型，基坑模型效果如图1。

    通过体量功能建立隧道和已有边坡的模型，基坑内的土方可以通过楼板或者体量的方法建立，将材料属性设置为砂岩，用与挖方相反的顺序建立土方，从第6 层依次建立到第1 层。第1 层土方要随着坡度适当地加减，然后用楼板命令建立第1 层与实际地面相差部分，以做到与原有地面的一致性。市政道路通过楼板属性建立，将设置楼板的标高适当低于地面，并设置材料为柏油路或者广场砖。如果ＲEVIT 自带材质库的材质少，可以在网上下载自己所需材质库。
    建立好模型后，补充构件类别、材料的性质等信息，比如砂土层的重度、内磨擦角、粘聚力，采用钢筋等级、支护桩的混凝土标号等。再将模型导出为结构计算软件要求的格式文件，导入有限元分析软件ANSYS。这样就可对基坑、隧道及周边地面的变形，支护受力，稳定性等进行分析，还可以通过人为干预修改软件功能确定引发的错误，将计算信息反馈到BIM 中就可以直观地观察变形情况。
    3. 3 工程分析
    由于地区底层为倾斜成层分布，所以基坑地应力并非水平分布，要依照倾斜地层计算，计算量大而且复杂，建立倾斜地层模型可以准确还原受力情况，快速计算受力和变形。由于本工程存在隧道，工程在设计时做了退界处理，在基坑的南北两侧都采用了肋柱式锚杆挡墙支护，东侧因为靠近市政管道而不能实施放坡开挖，拟采用带有预应力锚索的桩板挡土墙进行支护; 西侧因为存在已开挖基坑，边坡可能出现滑动，故设有抗滑桩。工程采用C30 混凝土，HＲB400 热轧钢筋。
    可见，利用BIM 建立模型，然后进行有限元分析，为基坑的设计提供了可靠的资料，建立三维模型可以将符合规范要求但是看上去就不能接受的变形体现出来，设计时可以予以充分考虑。在施工过程中，监测数据及时地提交给技术人员，再通过BIM 计算分析，根据已有规律预测可能发生的情况。监测数据必须真实可靠，以实际监测为准，不得进行更改。此外，要设定警戒值，包括变形、内力及其变化速率。
    4· 应用BIM 的优势
    1) 高效性。建设项目在施工时往往会出现返工，造成劳动力和材料的大量浪费，这主要是信息共享没有被运用起来，数据没有及时更新，利用BIM 技术的三维模型，可以对施工成本实现动态控制，提高效率的同时降低了成本。
    2) 可视化。建立模型可以形象地展现基坑的立体形象，运用在基坑监测中有非常重要的作用，通过操作可以了解细部构件的详细情况，不仅是在基坑建筑过程中，在设计、建设、验收等方面，可视化的特点都得到了充分地利用。
    3) 协调性。基坑监测需要和监理、设计单位在多个方面配合工作，实际操作中总会出现错误，这时BIM 就能起到协调性的作用。在发现信息出现错误时，BIM 能快速、正确、合理地进行不同专业的协调管理。这样就可减少错误信息的出现，提高施工质量。
    5· 结语
    国际土木工程界有一个共识: 21 世纪是地下空间开发的世纪，基坑逐渐朝着超大、超深发展。这告诉我们，基坑工程这一实践性学科需要同步突破与进步，所以将当下发展得如火如荼的BIM 技术与基坑监测结合，将更好地指导施工和反馈设计。