摘 要 针对传统基坑监测手段的不足，结合信息化发展，设计了基于 BIM(Building Information Modeling)技术的基坑监测系统的流程架构。 以铁科院科研业务用房基坑工程监测为依托，建立基坑支 护结构及周边环境 BIM 模型，搭建了基坑监测信息化管理系统，实现了监测对象及监测结果的三维可 视化、基坑监测技术的信息化和管理手段的升级化，同时探讨了 BIM 技术在基坑监测方面的深化应用 方向。 研究成果可为类似基坑监测的实施提供借鉴。
关键词 基坑工程;BIM;基坑监测;信息化;管理系统

1 基坑工程监测
随着高层建筑、复杂地下工程、大跨度桥梁工程的 迅猛发展，基坑工程在向“ 更深、更难、更险、更大” 的 方向发展。 基坑的安全与稳定直接关系到基坑本身及 邻近建筑物、基坑周边道路和邻近地下管线的安全。 《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497—2009)[1] 规定:开挖深度超过 5 m、或开挖深度未超过 5 m 但现 场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程均应实施基 坑工程监测。
1. 1 监测基本要求 基坑工程的现场监测应采用仪器监测与巡视检查相结合的方法。 监测工作一般应从基坑工程施工前开 始，直至地下工程完成为止。 对有特殊要求的周边环 境监测应根据需要延续至变形趋于稳定后才能 结束[2] 。 监测过程中，针对关键部位做到重点观测， 形成有效、完整的监测流程，保证监测数据的及时性和 可靠性。 当出现超限、严重开裂等异常情况时，应加强 监测，提高监测频率。
1. 2 实施流程
基坑监测的一般实施流程如图 1 所示。 基坑监测管理系统中BIM技术的研究

图 1基坑监测的实施流程

传统的基坑监测[3] 在实施方面存在一些可以改进的地方:1现 场监测大多处于“ 测点埋设—数据监测—数据简单处 理—报表(报告)提交”的模式，面对复杂情况和大量 监测信息，未形成规范化的监控管理体系。 2数据处理及监测日报等多由人工完成，且源数据、报表、日志 等多以 word 或 excel 形式保存，不利于数据查询及变 化规律的总结分析，导致处理效率低、反馈不及时，影 响辅助决策。 3监测多以报表配合曲线、图形的方式 针对某个测点展示其变形趋势，不能方便地查阅整体 变形情况，难以综合其他测试信息预判发展趋势及指 导下一步施工。 4施工过程中一旦出现超出预警值的 情况，若不能直观掌控危险发生位置、周边环境及历史 监测数据变化情况，不利于应急方案的有效实施。
    伴随移动互联网、物联网、云计算、BIM等信息技 术[4-5] 的快速发展，基坑监测可通过融合多种信息化元 素来实现流程的升级再造。 从业主和监测方应用需求出发，结合工程实际，构建以数据库为基础，打造集可 视化管理、基坑监测业务管理、状态评估分析为一体的 基坑监测信息管理系统，充分发挥基坑监测的工程效 用，确保基坑和周边环境的安全。

2 基于 BIM技术的基坑监测管理系统 

2. 1流程架构(见图 2)

BIM技术的基坑监测管理系统流程架构

图 2 基于 BIM 技术的基坑监测管理系统流程架构

    系统通过物联网、移动互联等技术，将现场多种监 测仪器串联起来，通过自动采集、手动和批量录入的方 式实现监测数据信息入库。 对采集数据进行预处理， 保证监测数据的有效性，自动计算单次变化量、累计变 化量、变化速率等参数指标，并按照基坑监测的业务流 程实现基于 BIM 模型的数据展示、图形展示、报表输 出、报警的判定及消息推送，进而实现监测可视化、信 息化以及管理的升级化。
2. 2 工程概况 铁科院科研业务用房包括1#，2#，3#楼。 其中1#，2#楼地下室 3 层连成一体，基坑长 174.10 m，宽 57. 60 m，深约 14. 50 m，安全等级为I ~ II级。 3# 楼地 下 2 层，基坑长 45.30 m，宽 20.40 m，基坑深度 10. 70 m，安全等级为I ~ II级。 2 处基坑支护结构均 采用桩锚支护方案，基坑场地及周边布设多条地下管 线( 含电力、热力、通信、给排水管线) 。 周边有多幢办 公楼、精密检测实验室及市域繁忙道路。 环境复杂，基坑开挖的稳定性和安全性对周边环境影响大。

2. 3 系统研发

1)数据库设计。 按照不同的监测设备和监测类型进行分类，在数据库内创建不同的表。 其中测点信 息见表 1。 通过测点编号关联查询，进而实现监测数据的综合应用。

基坑监测管理系统中BIM技术的研究

2)基坑模型。 BIM 模型为监测数据的信息载体。
按照设计图纸创建场地、基坑护坡桩、锚杆、钢腰梁、桩 间支护、冠梁、周边建筑、管线、道路的三维模型。 添加 相关属性信息，包括几何尺寸、材质信息、构件编号、标 高数据、设计图纸编号等内容，形成符合现场应用的基 坑信息模型。 院科研业务用房1#，2#基坑桩锚支护结 构 BIM 模型如图 3 所示。

院科研业务用房 1# ，2# 基坑桩锚支护结构 BIM 模型

3)测点模型。 基坑监测实施过程中，测点破坏、 遮挡、结构出现裂缝需增设测点等情况时有发生，导致 实际布设的测点无法与设计图纸完全相符。 为避免重 复修改测点模型，优化了测点 BIM 模型的生成方法: 在基坑模型三维坐标系下，确定测点坐标，在管理系统中基于坐标直接生成测点模型(单个/ 批量添加)，并 以测点分类结构树的形式展现，实现监测数据的关联和快速查询。
4)功能设计。基坑监测管理系统拟整合信息化 技术，以可视化的BIM模型作为监测信息载体，实现 监测数据及巡检记录的及时上传。 通过数据分析，形 成各类变化曲线和展示图形，使监测成果“形象化”，方便各参与方随时掌握施工期间基坑支护结构及周边 建筑管线的内力及变形情况。 按规范要求输出监测报 表及监控报告，减少重复工作量，建立信息反馈机制， 形成有效的信息推送、报警处理流程，进而降低施工风险，提升基坑监测的信息化水平。
综上，基于BIM技术的基坑监测管理系统的设计 功能包含基础信息、可视化管理、基坑监测、档案资料 管理、系统管理和模块管理 6 大部分。 系统各功能采 用插件式架构设计，各功能子模块设计兼顾安全性和 易用性，保证系统功能的可扩展性和可维护性。
2. 4 系统应用
1)基础信息。 该模块包括项目简介、项目公告
(如图 4)、施工阶段、模型导入和图纸管理等内容。 结 合工程实施特点，将 1# ，2# 基坑及 3# 基坑划分为 2 个项 目单独管理，在系统内可实现不同项目切换。

基础信息管理

图 4 基础信息管理

2)可视化管理。 对基坑支护结构模型(如图 5)、属性信息、设计图纸、测点模型及信息、监测数据进行院科研业务用房 3# 基坑支护及周边环境

图 5 院科研业务用房 3# 基坑支护及周边环境

可视化的展示及查询。
3)基坑监测。 该模块为基于 BIM 技术基坑监测
管理系统的核心功能模块，主要包括测点管理、巡视记 录、监测数据、阶段性报告、报警管理等子模块。 主要 功能有添加测点( 单个 / 批量) 、日常巡视记录录入( 后 台/ 移动 APP)、监测数据查询(数据列表/ 时程曲线， 见图 6)、监测日报输出、报警管理(报警列表/ 微信消 息提醒，见图 7) 。

监测数据的展示及分析

图 6监测数据的展示及分析

图 7巡视 APP 界面及基于微信的消息推送(测试)

3 BIM深化应用探讨

本系统的研发目前立足于基坑监测，着重于基坑 监测业务数据的采集、展示、分析及报表输出，随着应 用深入，可以开展以下方面的探索:
1)纳入多方协同管理，涉及设计方、施工方、监理 方等，此时系统将成为信息化综合管理平台。 以基坑 施工 4D 进度管理为例，基坑及支护结构的精细化建 模、结构模型的分类编码及 WBS 工项分解等内容需进 一步考虑。
2)基坑支护 BIM 模型与有限元软件有机结合，对 基坑支护结构的变形、受力、稳定性进行准实时分析， 直观对比实际监测与设计工况的差异，验证设计和施 工方案的合理性，为基坑优化设计提供依据。
3)目前基坑监测按照规范依据变化速率、累计变 化量进行指标报警。 该处理方法具有广泛适用性，但也存在一定的有效度，未必能真正反映复杂基坑的整 体状态。 因此，未来应考虑不同的分析预测方法及模 型，如回归分析、指数平滑法、灰色理论模型等，根据测 试结果采用多种方式综合预测变形规律，为准确决策 提供针对性的依据。
4)基坑监测结果不仅强调发展趋势，一定时间范 围内更强调时效性，如雨期或夜晚施工。 这就要求测 试设备具有采集数据快、全天候工作的能力。 因此，自 动采集设备将会是一个发展趋势，这将大大促进测试 的自动化、流程化。
4 结语
结合铁科院科研业务用房基坑监测的应用需求，设 计了基于 BIM 技术的基坑监测流程架构，研发了基于 BIM 技术的基坑监测管理系统，实现了以下价值点:
1)模型可视化。 基坑护坡桩、锚杆、钢腰梁、桩间 支护、冠梁等支护结构的三维可视化;周边建筑、管线、 道路等空间位置的可视化。
2)监测可视化。 测点位置、监测类型、报警状态 的直观化;监测结果、采集时间、累计变化量、变化速率 的形象化( 数据列表+时程曲线) 。
设计属性( 几何尺寸、材质、规格类型以及设计图纸) 的关联。
4)基坑监测信息化。 日常巡视、当日报表的信息 化录入及自动生成。
5)管理升级化。 无纸化办公，通过系统可随时查 看基坑的监测情况;基于微信的项目公告、报警消息的 及时推送，方便管理人员及时掌控监控动态。
基于 BIM 的基坑监测信息管理系统实现了监测 业务手段和管理模式的升级，未来不同参与方的协同 工作机制形成后，预计将会有更广阔的应用前景。