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基坑工程是大型的土體開挖工程，其最直接的后果是引起周圍土體應(yīng)力應(yīng)變的重分布，導(dǎo)致周圍地層的移動，產(chǎn)生較大的地表沉降與不均勻沉降，對周圍建筑環(huán)境不利?，F(xiàn)今的基坑工程正向著“深、難、險(xiǎn)、大”方向發(fā)展，對環(huán)境的影響也日益嚴(yán)重。本文針對3DGIS、BIM技術(shù)在基坑監(jiān)測應(yīng)用進(jìn)行探討。
深基坑開挖不但要保證基坑自身的安全與穩(wěn)定，而且要有效控制基坑周圍地層移動以保護(hù)周邊環(huán)境。一則由于地下20米深度內(nèi)的地層多屬于軟弱的粘性土，土強(qiáng)度低，含水量高，有很大的流變性，在這類地層進(jìn)行深基坑開挖和施工，極易產(chǎn)生較大的地層移動；再者由于城市中深基坑周邊常碰到重要的市政設(shè)施（如地鐵、隧道、管溝等）、淺基礎(chǔ)民宅等，這些建筑大多是結(jié)構(gòu)差、設(shè)施陳舊，對變形的反應(yīng)較為敏感。 基坑工程的監(jiān)測技術(shù)是指基坑在開挖施工過程中，用科學(xué)儀器、設(shè)備和手段對支護(hù)系統(tǒng)、周邊環(huán)境(如土體，建筑物，道路，地下設(shè)施等)的位移、傾斜、沉降、應(yīng)力、開裂、基底隆起以及地下水位的動態(tài)變化、土層孔隙水壓力變化等進(jìn)行綜合監(jiān)測。然后，根據(jù)開挖期間監(jiān)測到的結(jié)構(gòu)和土體變位等各種信息，對勘察、設(shè)計(jì)所預(yù)期的性狀與監(jiān)測結(jié)果及時(shí)比較，對原設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)并判斷施工方案的合理性，修正原設(shè)計(jì)的不足，預(yù)測下一段施工可能出現(xiàn)的新行為、新動態(tài)，為進(jìn)行合理組織施工提供可靠的信息，對后續(xù)的開挖方案與開挖步驟提出建議，對施工過程中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情進(jìn)行及時(shí)的預(yù)報(bào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常情況時(shí)立即采取必要的工程措施，將問題抑制在萌芽狀態(tài)，以確保基坑工程的安全施工。
基于3DGIS技術(shù)、BIM技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和基坑綜合監(jiān)控系統(tǒng)、三維有限元開挖模擬與分析技術(shù)，以及基坑周邊的地理空間信息，開發(fā)基于深基坑4D監(jiān)測系統(tǒng)，提升基坑施工過程的可視化、精細(xì)化管理水平和工作效率，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)、杜絕安全事故的發(fā)生，為保障工程施工質(zhì)量和施工進(jìn)度提供技術(shù)支撐。 基于BIM技術(shù)的深基坑施工4D監(jiān)控系統(tǒng)是與深基坑施工工況相結(jié)合的深基坑三維模型顯示監(jiān)測系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)三維顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)深基坑施工工況的參數(shù)化模擬，由三維圖形能直觀的表達(dá)出深基坑及其周邊環(huán)境各監(jiān)測點(diǎn)隨施工工況變化的監(jiān)測數(shù)據(jù)歷時(shí)情況，體現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的時(shí)空效應(yīng)，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了深基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的分布式管理，并能根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)測下一步工程施工時(shí)深基坑及其周邊環(huán)境的安全，能極大方便了各級管理與技術(shù)人員對監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理與分析，進(jìn)而能較迅速與準(zhǔn)確的判定與反饋深基坑的安全狀態(tài)，指導(dǎo)深基坑施工。 圖1 基坑4D施工監(jiān)測系統(tǒng)總架構(gòu)圖 采集層主要包括人工錄入和系統(tǒng)集成。其中動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)是可以通過人工獲取監(jiān)測器采集來的數(shù)據(jù)錄入到本系統(tǒng)中，也可以將在線監(jiān)測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)接入本系統(tǒng)；靜態(tài)模型數(shù)據(jù)可以通過平臺維護(hù)管理員在系統(tǒng)初始化中導(dǎo)入，同時(shí)支持開發(fā)數(shù)據(jù)接口，導(dǎo)入已經(jīng)完成電子化的數(shù)據(jù)；BIM模型通過平臺工具轉(zhuǎn)換處理后導(dǎo)入到系統(tǒng)，3DS模型可直接添加到系統(tǒng)，基坑監(jiān)測系統(tǒng)和視頻監(jiān)控則是將第三方網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成到本平臺上。 數(shù)據(jù)層主要包括業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫和地理空間數(shù)據(jù)兩類數(shù)據(jù)庫。其中業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫包含系統(tǒng)管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)：靜態(tài)模型信息數(shù)據(jù)庫，動態(tài)模擬仿真數(shù)據(jù)庫，動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，操作日志數(shù)據(jù)庫，用戶權(quán)限數(shù)據(jù)庫等；地理空間數(shù)據(jù)庫包含構(gòu)建整個數(shù)字地球三維場景的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：遙感影像數(shù)據(jù)，矢量地圖數(shù)據(jù)，數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，BIM模型數(shù)據(jù)庫，建筑三維數(shù)據(jù)庫。 平臺層即整個系統(tǒng)的三維地理空間信息支撐平臺，包含：空間數(shù)據(jù)構(gòu)建子系統(tǒng)，空間數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)，和空間數(shù)據(jù)承載應(yīng)用子系統(tǒng)。平臺層通過各類地理空間數(shù)據(jù)的融合處理以及業(yè)務(wù)員數(shù)據(jù)的組織調(diào)用，在3D數(shù)字地球引擎軟件的支撐下創(chuàng)建真實(shí)的深基坑施工狀態(tài)仿真與監(jiān)測平臺。 應(yīng)用層由：系統(tǒng)管理模塊，業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊，二部分構(gòu)成。 （1）系統(tǒng)管理模塊： 主要包括用戶管理，基于用戶角色的訪問權(quán)限控制，日志管理和查詢等功能構(gòu)成。 （2）業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊： 基坑地上地下無縫三維瀏覽：通過鼠標(biāo)拖拽和鍵盤操作，實(shí)現(xiàn)地面與地下的無縫自由三維瀏覽漫游。 靜態(tài)數(shù)據(jù)展示：在三維場景中，通過拉框、圈選、點(diǎn)選、模糊查詢、緩沖區(qū)查詢等方式，對選取區(qū)域內(nèi)模型的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和定位。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，提供距離量測、坐標(biāo)和標(biāo)高輸出等輔助功能。 動態(tài)數(shù)據(jù)展示：可以通過錄入窗口編輯指定模型的動態(tài)數(shù)據(jù)，通過模型的形狀，位置，顏色的改變實(shí)時(shí)體現(xiàn)模型數(shù)據(jù)狀態(tài)，通過拉框、圈選、點(diǎn)選、模糊查詢、緩沖區(qū)查詢等方式，對選取區(qū)域內(nèi)模型的動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和定位；可沿時(shí)間軸展示上述信息發(fā)展的變化歷程，可追溯任意歷史時(shí)間點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)并展示；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，提供地面沉降量（體積）的統(tǒng)計(jì)、各類變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的二維曲線圖等輔助功能；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，展示地面、地下作業(yè)面的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻畫面的相關(guān)信息。 動態(tài)報(bào)警功能：可以預(yù)設(shè)動態(tài)數(shù)據(jù)的狀態(tài)值區(qū)間，比如地面沉降0~0.01cm為正常，0.01~0.02為輕微沉降，0.02~0.03嚴(yán)重沉降等，當(dāng)動態(tài)數(shù)據(jù)達(dá)到非正常狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可通過改變動態(tài)數(shù)據(jù)相應(yīng)模型的顏色，警告列表和及時(shí)定位的形式實(shí)現(xiàn)動態(tài)報(bào)警功能。 1. 系統(tǒng)功能 ◆ 場景瀏覽漫游：二維地形和三維場景的瀏覽漫游；支持自定義和手動路徑的瀏覽漫游，以及以第1人稱視角和飛行視角進(jìn)行瀏覽漫游；支持二維及三維狀態(tài)的切換。 ◆ 屬性信息查詢：支持以多種方式查詢并展示地層信息，地下管線信息，地面道路、建筑等環(huán)境信息； ◆ 施工模擬仿真：在加載了各類靜態(tài)信息的三維平臺上，模擬建設(shè)進(jìn)度、基坑結(jié)構(gòu)變形（沉降和收斂）、周邊地面沉降形態(tài)、管線變形沉降、周邊重要建筑物的沉降傾斜等監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行應(yīng)用仿真； ◆ 施工動態(tài)監(jiān)測：支持以多種方式查詢并展示建設(shè)進(jìn)度、結(jié)構(gòu)變形（沉降和收斂）、周邊地面沉降形態(tài)、管線變形沉降、周邊重要建筑物的沉降傾斜等監(jiān)測數(shù)據(jù)； ◆ 空間量測分析：提供距離量測、面積量測、高度量測、坐標(biāo)獲取和標(biāo)高輸出等輔助功能；根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，提供地面沉降量（體積）的統(tǒng)計(jì)、各類變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的二維曲線圖等輔助功能； ◆ 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，接入展示地面、地下作業(yè)面的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻畫面的相關(guān)信息等； ◆ 歷史數(shù)據(jù)查詢：可沿時(shí)間軸展示建設(shè)進(jìn)度、結(jié)構(gòu)變形（沉降和收斂）、周邊地面沉降形態(tài)、管線變形沉降、周邊重要建筑物的沉降傾斜等監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)展的變化歷程，可追溯任意歷史時(shí)間點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)并展示； ◆ 監(jiān)測分析報(bào)警：分析各類變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的發(fā)展規(guī)律，采用顏色或其他指示方式動態(tài)反應(yīng)各類監(jiān)測對象的預(yù)警狀態(tài)（如藍(lán)色、黃色、橙色、紅色預(yù)警級別），當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到某一警戒值時(shí)，提供圖形化報(bào)警功能。
基于3DGIS、BIM技術(shù)的施工優(yōu)化與監(jiān)測數(shù)據(jù)管理分析系統(tǒng)，將非常有利于保證深基坑項(xiàng)目的順利實(shí)施，把基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)減小到最低程度，從技術(shù)上保證方案的優(yōu)化，對基坑的施工將起到關(guān)鍵性的作用，深基坑信息化施工也將近一步的提高。 -THE END-
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