一种基于BIM深基坑基建风险自动监测的系统和方法与流程

本发明涉及深基坑风险监测领域，具体涉及一种基于bim深基坑基建风险自动监测的系统和方法。

背景技术：

深基坑工程是国家规定的具有较大危险性的工程之一。深基坑工程开挖施工过程中往往会引起支护结构内力和位移以及基坑内外土体变形等情况发生，因此风险性较大，稍有不慎，不仅将危及基坑本身安全，而且会殃及临近的建筑物、构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。基坑监测不到位，往往会造成重大的地铁安全事故发生。由于深基坑工程技术复杂,涉及范围广,事故频繁,因此在施工过程中应进行监测。通过施工监测对现场所得的信息进行分析、进行信息反馈、临界报警，以便及时调整设计、改进施工方法，制定应变(或应急)措施保证基坑开挖及结构施工安全，达到动态设计与信息化施工的目的。

cn201810823920.1,建筑深基坑智能监测装置,该发明提供了建筑深基坑智能监测装置，该系统包括深基坑监测模块和设置于深基坑监测区域的数据处理模块；深基坑监测模块被配置为对深基坑区域地层地质、水文实时进行数据采集，深基坑监测模块包括由汇聚节点和多个部署于该深基坑监测区域内的传感器节点构建的无线传感器网络，传感器节点采集所在监测位置的深基坑环境数据，汇聚节点主要被配置为汇聚各传感器节点采集的深基坑环境数据，并发送至所述数据处理模块进行存储和显示,但该发明对于设置在深基坑上的建筑物的变形情况做到实时的监测并显示在移动端上。

因此,需要一种深基坑基建风险自动监测的方法，能够具体对工地上的深基坑上的检测仪器的安装进行完整的布局，通过全面的采集现场的数据，通过bim模型在显示端进行显示深基坑的状态。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种基于bim深基坑基建风险自动监测的系统和方法，应用层结合bim模型形象展示数据，平台层能够将数据转换成特定的格式并根据传感器的测量值进行计算，网络层用于建立稳定的连接用于传输数据，感知层由传感器报警器控制器组成负责采集数据；

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于bim深基坑基建风险自动监测的系统，包括感知层、网络层、平台层和应用层，所述感知层通过所述网络层与所述平台层连接，所述平台层与所述应用层连接，所述应用层上有与待测深基坑相匹配的bim模型；将所述感知层安装在待测深基坑的工作基点上，所述感知层采集所述工作基点上的位移量并通过所述网络层的传输将所述位移量发送给所述平台层，所述平台层上预设有多种模式，其中所述平台层将所述位移量进行计算，并将计算后的数据对应于模式显示在所述bim模型所对应的位置上。

优选的，所述感知层上设置有水平位移监测模块、沉降监测模块、测斜监测模块和轴力监测模块，所述水平位移检测模块设置在所述待测深基坑拐角处的工作基点上；所述沉降监测模块设置在所述待测深基坑外部的工作基点上；所述测斜监测模块设置在所述待测深基坑中变形大的工作基点上；所述轴力监测模块设置在所述待测深基坑中内支撑的工作基点上。

优选的，所述水平位移监测模块中选用极坐标法进行测量位移量，其中选用所述待测深基坑长边为x轴，选用垂直所述待测基坑的长边为y轴。

一种基于bim深基坑基建风险自动监测的方法，包括以下步骤：

s1:将传感器设置在待测深基坑上的工作基点上，用以采集所述待测深基坑中的各项数据；

s2:所述传感器采集的数据输送给平台层进行处理，所述平台层能够将数据转换成特定的格式，并将采集的数据进行计算后发送至所述应用层；

s3：所述应用层结合所述待测深基坑建立的bim模型，用于显示与所述待测深基坑上的各项数据。

优选的，所述s1中，通过采用小角度法和极坐标法对所述深基坑的水平位移进行监测，通过埋设沉降观测点对所述深基坑的沉降观测点进行监测。

优选的，在所述s2中，所述传感器与所述平台层之间通过有线连接进行数据的传输。

优选的，在所述s2中，所述传感器与所述平台层之间通过无线连接进行数据的传输。

优选的，在所述s1中，所述待测深基坑内还设置有声光报警器和烟雾报警器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.通过建立深基坑的bim模型，可以直接显示出深基坑风险点；

2.通过对深基坑包括深基坑建筑物进行水平位移监测、沉降监测、测斜监测和轴力监测，从各个方面的监测保证深基坑的安全性。

附图说明

图1为一种基于bim深基坑基建风险自动监测的系统的结构图.

具体实施方式

下面结合本发明的附图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图1为本发明一种基于bim深基坑基建风险自动监测的系统的结构图；

一种基于bim深基坑基建风险自动监测的系统，包括感知层、网络层、平台层和应用层，所述感知层通过所述网络层与所述平台层连接，所述平台层与所述应用层连接，所述应用层上有与待测深基坑相匹配的bim模型；

将所述感知层安装在待测深基坑的工作基点上，所述感知层采集所述工作基点上的位移量并通过所述网络层的传输将所述位移量发送给所述平台层，所述平台层上预设有多种模式，其中所述平台层将所述位移量进行计算，并将计算后的数据对应于模式显示在所述bim模型所对应的位置上。

值得说明的是，本实施例中的感知对象包括有深基坑的位移、应力、土压、轴力、水压、倾角，全方位的监测，及时发现深基坑的安全隐患。

值得说明的是，所述感知层上设置有水平位移监测模块、沉降监测模块、测斜监测模块和轴力监测模块，所述水平位移检测模块设置在所述待测深基坑拐角处的工作基点上；所述沉降监测模块设置在所述待测深基坑外部的工作基点上；所述测斜监测模块设置在所述待测深基坑中变形大的工作基点上；所述轴力监测模块设置在所述待测深基坑中内支撑的工作基点上，所述水平位移监测模块中选用极坐标法进行测量位移量，其中选用所述待测深基坑长边为x轴，选用垂直所述待测基坑的长边为y轴。

综上所述，本发明的实施原理为：应用层结合bim模型形象展示数据，平台层能够将数据转换成特定的格式并根据传感器的测量值进行计算，网络层用于建立稳定的连接用于传输数据，感知层由传感器报警器控制器组成负责采集数据，感知对象可以是自然界中的任何可被感知的对象与实际基坑相吻合，比如压力、角度、位移。

一种基于bim深基坑基建风险自动监测的方法，包括以下步骤：

s1:将传感器设置在待测深基坑上的工作基点上，用以采集所述待测深基坑中的各项数据；

s2:所述传感器采集的数据输送给平台层进行处理，所述平台层能够将数据转换成特定的格式，并将采集的数据进行计算后发送至所述应用层；

s3：所述应用层结合所述待测深基坑建立的bim模型，用于显示与所述待测深基坑上的各项数据。

值得说明的是，还包括具体的感知层中采集装置的具体安装方法，关于水平位移监测：土建施工基坑形状大多数为长方形和不规则基坑，在基坑周边相对稳定的区域内布设2－4个工作基点，因基坑拐角处变形最小，工作基点墩位置一般布置在基坑拐角处；根据设计确定的支护结构桩(墙)顶水平位移点的位置和数量，在基坑支护结构的冠粱顶上布设观测点,观测点采用埋设观测墩的形式；在建立好工作基点墩后,将仪器架设在工作基点墩上,沿基坑边布设观测墩,观测点位置必须选择在通视处,要避开基坑边的安全栏杆等影响视线的物体。

值得说明的是，水平位移检测方法主要有五点：第一：基坑水平位移监测可采用小角度法和极坐标法进行水平位移观测。对工作基点的稳定性宜采用前方交会、导线测量和后方交会法观测。第二：在基坑变形监测中，对于基坑的位移变化量，利用极坐标法进行基坑水平位移监测，一般选择基坑长边为x轴，垂直基坑长边为y轴。第三：小角度法主要用于基坑水平位移变形点的观测。小角度法必须设置观测墩，采用强制对中方式。第四：前方交会观测法，尽量选择较远的稳固目标作为定向点，测站点与定向点之间的距离要求一般不小于交会边的长度，观测点应埋设在适合不同方向观测的位置。第五：导线测量法主要用于基坑周边建筑物、构筑物密集,对工作基点稳定性检查用前方交会法和后方交会法都难以实现的情况下,通过导线测定工作基点的稳定性。

值得说明的是，关于沉降监测基点的布设：沉降监测点布设：在基坑外相对稳定且不受施工影响的地点埋设基点3个，利用这3个基点相互检核其稳定性；支撑立柱沉降监测点设置:在支撑立柱的顶部焊接符合要求的钢制加工件；周边建(构)筑物沉降监测点设置:在建筑物或构筑物的拐角处,离地面20㎝，且避开雨水管、窗台线、电路开关等有碍设标与观测的障碍物，并应视立尺需要离开墙(柱)面一定距离；周边土体沉降监测点:沉降观测点应埋设原状土层中，加设保护装置，沉降观测点稳定后，方可进行初始观测和一般观测。

值得说明的是，沉降监测方法主要有四点。第一：沉降监测工作基点埋设后根据监测点的分布情况，首先沿监测点规划一条水准线路，采用闭合水准路线，观测时应满足变形监测路线固定、仪器固定、人员固定的“三定”要求。第二：依据水准控制线路，观测周围的各建(构)筑物沉降点、支撑立柱沉降点、采用闭合水准线路测量各沉降点高程。建筑物沉降点观测时，各观测也可采用支点观测，但支点不得超过2站，且支点观测必须进行两次观测。为保证高程基点的可靠性，每次观测前应对基准点进行检测，并作出分析判断，以保证观测成果的可靠性。第三:监测系统对监测原始数据进行数据改正、平差计算、生成监测报表和变形曲线图、计算各点的高程及沉降量、累计沉降量。第四：建筑物倾斜观测的方法是通过测量建筑物基础相对沉陷的方法来确定建筑物的倾斜，利用沉降观测数据进行建筑物倾斜计算。

值得说明的是，测斜管埋设：测斜管宜选在变形大或危险的位置埋设，一般在基坑的中部。测斜管埋设的方法有三种：钻孔埋设、绑扎埋设、预制埋设。

钻孔埋设：钻孔埋设主要用于围护桩、连续墙已经完成的情况和土层钻孔测斜。钻孔孔径应略大于测斜管外经，孔深要求穿出结构体3～8米，根据地质条件确定钻孔深度。测斜管与钻孔之间的空隙回填细沙或水泥与膨润土拌合的灰浆。埋设就位的测斜管必须保证有一对凹槽与基坑边沿垂直。

绑扎埋设：通过直接绑扎或设置抱箍将测斜管固定在钢筋笼上，绑扎间距不宜大于1.5米。测斜管与钢筋笼的绑扎必须牢靠，以防浇筑混凝土时测斜管脱落。同时必须注意测斜管的纵向扭转，防止测斜仪探头被导槽卡住。

预制埋设：主要用于打入式预制桩的测试。在预制排桩时将测斜管置入桩体钢筋笼内，应进行局部保护防止沉桩时捶击对测斜管的破坏。

值得说明的是，测斜方法有两点。第一：测斜观测分为正测与反测，观测时先进行正测，然后进行反测。一般每0.5米读数一次，测斜探头放入测斜管底部应等候5分钟待探头适应管内水温后读数，应注意仪器探头和电缆线的密封性，防止进水。第二：测斜观测时每0.5米标记读数点一定要卡在相同的位置，电压值稳定后才能读数，确保读数的准确性。

值得说明的是，关于轴力监测：对设置内支撑的基坑工程，一般选择部分典型支撑进行轴力监测，以掌握支撑系统的受力情况；钢筋混凝土支撑其内力和轴力通常是测定构件受力钢筋的应力然后根据钢筋与混凝土的共同受力状态下变形协调条件计算得到，钢筋应力一般通过在构件受力钢筋上串联钢筋应力传感器予以测定，钢弦式，电阻应变式传感器。钢筋计在使用前必须进行率定。

值得说明的是，在本实施例中，通过具体的设置采集的方法如下：关于桩顶、围护结构顶部水平位移：在顶部安装倾角传感器，通过测倾斜角度计算水平位移，在顶部安装激光位移传感器，监测激光发射点到围墙之间的距离变化。

值得说明的是，关于土体深层水平位移：在基坑旁每隔10至20米距离设置一个测斜孔,测斜孔需要比基坑深度深,孔底需要到基岩稳定处,孔里安装好测斜管,测斜管里每一米安装一个固定式测斜仪,每个固定式测斜仪通过连接杆连接,数据线串联到孔口,通过采集每个固定式测斜仪的倾斜角度计算出每个点的水平位移。

值得说明的是，关于桩顶、围护结构、地面沉降(竖向位移)：在基坑顶部每隔10至20米设置一个监测点,每个监测点的传感器通过水管/气管/及通讯电缆串联后接到接坑旁边的一个基准点上,通过监测每个点传感器的压力变化从而计算出每个点相对于基准点的沉降变化量，关于钢筋应力：将钢筋计焊接到被测钢筋上，通过测试钢筋计频率的变化计算出钢筋的受力变化情况，关于锚索应力：将锚索计穿过锚索固定后，通过测试锚索计频率的变化计算锚索受力的变化，关于支撑轴力：将轴力计直接安装到钢支撑的一端，通过测试轴力计频率的变化计算支撑轴力的变化；将表面应变计固定到混凝土支撑表面，通过测试应变计频率的变化计算支撑轴力的变化，关于土压力：将土压力盒埋到被测点位置，通过测土压力盒频率的变化计算被测点土压力的变化，关于孔隙水压力：将空隙水压计埋入到被测深度，通过测传感器频率的变化计算水压的变化。

综上所述,本发明的实施原理为,结合具体的深基坑的工作基点的铺设以及各项传感器等采集装置的安装,通过水平位移、轴力、沉降和测斜四个方面对深基坑的各项数据进行实时的记录，并将实时采集的数据与系统预存的标准值进行计算比较，匹配到深基坑所对应的位置的状态，并将这一状态展示在深基坑模型的bim模型上的相应位置。