基于BIM的基坑工程監(jiān)測施工工法

以銀川市婦幼保健院新建產科大樓及配套地下停車場項目為例，基坑及支護結構監(jiān)測報警值如表5.2.3-3、表5.2.3-4所示?；蛹爸ёo結構監(jiān)測報警值表5.2.3-3序號監(jiān)測內容安全值(累計值)報警值（累計值）變化速率（mm/d）1圍護墻頂部水平位移<±25mm≥±25mm2mm/d2圍護墻頂部豎向位移<±10≥±10mm2mm/d3基坑周邊地表豎向位移<±30mm≥±30mm3mm/d建筑基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測報警值表5.2.3-4序號監(jiān)測內容安全值(累計值)報警值（累計值）變化速率（mm/d）1臨近建筑位移<±60mm≥±60mm±3mm/d2地下水位變化<±1000mm≥±1000mm--≥±500mm/d前期準備模型中監(jiān)測點布置根據自監(jiān)測方案，在Revit模型中對應布置監(jiān)測點。Navisworks工作集建立借助Navisworks作為平臺軟件。將基坑模型鏈接進Navisworks中已創(chuàng)建好的工作集里。當基坑模型中的各監(jiān)測點族中的“監(jiān)測值”數據重新輸入后。Navisworks軟件會提醒更新模型狀態(tài)。每次在Revit中輸入新監(jiān)測值后，應在Navisworks軟件中對應更新。為保證施工模擬與工程進度的一致，利用BIM系列軟件中的Navisworks軟件在3D模型數據模擬過程中插入時間軸，利用MicrosoftProject軟件編制的進度計劃導入工作集的時間軸，達到3D加進度計劃的4D模擬效果。通過時間軸和不同施工段的模型狀態(tài)的搭接完成監(jiān)測數據的實時動態(tài)展示。根據工況建立基礎曲線回歸模型根據過往經驗及查閱相關資料，通過對類似工況下數據的多種回歸曲線的試擬合計算。基坑常見可選基礎曲線回歸模型有：指數函數、冪函數、線性回歸模型等。設備、儀器、元件驗收和監(jiān)測點的保護監(jiān)測開始前，應進行設備、儀器、元件驗收。確定其滿足以下要求：1）用于檢驗的儀器設備經國家標準計量單位檢定合格，其參數在有效的使用期內。2）用于觀測的二次直讀式儀表按規(guī)范要求定期檢驗(校準)，并達到有關技術規(guī)范或廠說明書規(guī)定的要求。更換儀表前，先檢驗是否有互換性。3）監(jiān)測儀器檢驗報告向監(jiān)理提供，審核。監(jiān)測點設置完成后，應進行定期檢查，并清理周圍雜物。做好清晰的標識和可靠的保護措施。監(jiān)測測量儀器測量圍護結構位移監(jiān)測監(jiān)測部位監(jiān)測部位：冠梁頂部。監(jiān)測方法水平位移采用平面導線測量，通過測量距離、方位角等參數，求出各點位的坐標，平差后計算得到水平位移值。豎向位移采用幾何水準法。在基坑開挖前采集坐標點初始值，開挖全過程進行跟蹤監(jiān)測。各監(jiān)測點與基準點應組成閉合環(huán)路?；鶞庶c布置方法與量測示意圖如圖5.2.6-1所示。圖5.2.6-1水平位移測試點布置方法與量測示意圖監(jiān)測點的保護與維護用紅漆噴射醒目編號。取土作業(yè)時，在測點上面用大小在0.1m2鐵片蓋至上面。挖機出土時清理在監(jiān)測點上的泥土，作業(yè)隊伍用人工進行清理。定期進行檢查，標芯是否晃動，點號是否清晰，與觀測點是否通視。沉降觀測監(jiān)測部位監(jiān)測部位：根據《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》GB50497-2009，布置在建筑物外側樁體上。監(jiān)測方法沉降觀測工作采用精密幾何水準測量方法進行，監(jiān)測點每次測設的高程減前次高程的差值為當次沉降量。觀測過程中，各項偏差控制及內業(yè)數據處理均按照國家《建筑物變形測量規(guī)范》JGJ8-2016中各項規(guī)定執(zhí)行。監(jiān)測點的保護與維護用紅漆噴射醒目編號。定期進行檢查，標芯是否晃動，點號是否清晰，并清理堵在下面、上面的泥土，石頭?？觾?、外水位監(jiān)測監(jiān)測部位監(jiān)測部位：基坑內水位、基坑外水位監(jiān)測方法利用觀察備用井作為水位監(jiān)測井，監(jiān)測點可根據現場實際情況報監(jiān)理確認后局部調整。在基坑開始降水前，連續(xù)觀測水位并取得穩(wěn)定初始值。通過水準測量測出孔口標高，再利用鋼尺水位計測量地下水位初始值。利用各次測量值求差計算水位升降數值。監(jiān)測點的保護與維護將水位管埋設低于地面約15cm，并在低于管蓋下1cm用水泥密實。用紅漆在窖井圍欄上噴射醒目標識。定期進行檢查，井口是否被壓扁，點號是否清晰。并對點位進行清理。巡視監(jiān)測巡視檢查的檢查方法以目測為主，可輔以錘、釬、量尺、放大鏡等工器具以及攝像、攝影等設備進行；巡視檢查應對自然條件、支護結構、施工工況、周邊環(huán)境、監(jiān)測設施等的檢查情況進行詳細記錄；如發(fā)現異常，應及時通知委托方及相關單位；巡視檢查記錄應及時整理，并與儀器監(jiān)測數據綜合分析。數據處理、分析與信息反饋數據的提取在Revit軟件中生成監(jiān)測點族的監(jiān)測值明細表（如圖5.2.7-1），并將明細表導入至Excel中。圖5.2.7-1監(jiān)測值明細表導出至Excel回歸曲線模型的建立回歸曲線模型主要是利用數學模型回歸法建立。數學模型回歸分析法主要分為以下幾步。根據提取的數據，使用Ecxcel軟件繪制散點圖。根據以往經驗，原則對應工況及基坑種類下，變形數值曲線形式的基礎數學模型（初等函數）。（Excel表格內選擇）生成擬合回歸曲線函數，計算回歸曲線相關系數R2（0＜R2＜1）。根據過往經驗，10個點以內相關系數大于0.5表示回歸精度可信。如果R2＜0.5，調查現場工況。記錄存檔，重新擬合。以銀川市婦幼保健新建產科大樓及配套地下停車場項目位移監(jiān)測點W7為例說明回歸曲線模型的建立步驟。表5.2.7-1為W7測點的冠梁頂部豎向位移變形測量結果：W7測點的冠梁頂部豎向位移變形測量結果記錄表表5.2.7-1時間t（天）頂部豎向位移（mm）時間t（天）頂部豎向位移（mm）00330.2093.20410.30170.20490.10250.30580.30以時間為X軸，樁頂豎向位移為Y軸繪制的W7測點冠梁頂豎向位移-時間曲線如圖5.2.7-2所示。圖5.2.7-2W7測點冠梁頂豎向位移-時間曲線圖根據過往經驗及查閱相關資料，通過對類似工況下數據的多種回歸曲線的試擬合計算，得出表5.2.7-1的位移變形為冪函數模型，其位移回歸模型為：（5.2.7-1）式中u—時間t時的累計位移量；a、b—待求的系數。對（5.2.7-1）式兩邊取對數，得：（5.2.7-2）令（5.2.7-2）式中的,，得:（5.2.7-3）分析預測利用MicrosoftExcel的強大計算功能進行線性回歸計算。將觀測數據錄入Excel表格，利用Excel表格的數據變化曲線分析功能，根據觀測數據分別求取回歸曲線模型公式中的系數。一般工程中施工方自測的監(jiān)測數據分析曲線包括沉降量-時間分析曲線，水平位移-時間分析曲線，降水水位-時間分析曲線等。以銀川市婦幼保健院新建產科大樓及配套地下停車場項目為例，W7測點冠梁頂豎向位移-時間回歸模型（5.2.7-3）中的系數的求取過程如下：針對Revit導出到Excel的數據，利用Excel的計算功能對公式3中的x,y值進行計算。計算如下表5.2.8-1所示。W7測點冠梁頂豎向位移數據計算表表5.2.8-1時間t（天）頂部豎向位移u（mm)x=lnty=lnu00.00//93.2021.1632170.203-1.6094250.303-1.2040330.203-1.6094410.304-1.2040490.104-2.3026580.304-1.2040選擇x,y值數據區(qū)域，插入x、y散點圖。選擇散點圖中任意一點，選擇添加趨勢線，選擇“線性”。得出如圖5.2.8-1所示的線性回歸圖。及回歸方程y=-1.2365x+2.9967,相關系數R2=0.5516。從而得出a=20.02,b=-1.2365帶入到式（5.2.7-1）得（5.2.8-1）圖5.2.8-1x、y線性回歸圖按（5.2.8-1）回歸曲線方程理論計算所得位移值與檢測位移值進行對比見圖5.2.8-2。從圖中可看出兩條曲線擬合程度較好。圖5.2.8-2實測位移值曲線與曲線模型計算值對比圖冪函數的回歸相關系數（R2）的絕對值超過0.5，表明其回歸精度可信，故選用該方程代表冠梁頂位移情況是合理可行的。提交自監(jiān)測結果和報告基本要求每開挖一層土方后均要提供本次開挖與基坑監(jiān)測的階段性報告；土方開挖與基坑支護完成后提交整個土方開挖與基坑支護的階段性監(jiān)測報告；惡劣天氣后要提交階段性監(jiān)測報告；回填土后要提交完整的基坑監(jiān)測總結報告。當日報表當日報表應包括下列內容：當日的天氣情況和施工現場的工況；儀器監(jiān)測項目各監(jiān)測點的本次測試值、單次變化值、變化速率以及累計值等；對監(jiān)測項目應有正常或異常的判斷性結論；當日采集數據當天處理完成，于第二日報送項目技術負責人及其他相關部門負責人傳閱，若出現局部監(jiān)測變化量較大（及時未達到預警值）需立即電話告知項目技術負責人。安全報警為配合土建施工，確保基坑和周邊環(huán)境安全，在基坑施工過程中隨著基坑開挖深度逐漸加大、基坑暴露時間加長，影響基坑變形的因素增多，基坑安全可能會出現一些異常，為了能更客觀、及時反應基坑的安全情況，指導基坑應急處理，應制定應急方案。監(jiān)測報警流程主要分為下達報警指令、報警指令響應兩部分兩部分。詳見安全技術控制。監(jiān)測項目資料的匯總項目工作完成后，現場技術人員應編制詳細的完整的基坑監(jiān)測總結報告。用于驗證原設計方案或局部調整施工參數、積累數據、總結經驗、改進和提高原設計水平。通過統一規(guī)劃和系統收集，建立地區(qū)性的數據網絡和成果匯集，提高工程施工水平。材料與設備序號設備名稱精度型號備注1全站儀±2mm+2ppm/±2″圍護結構位移觀測2電子經緯儀2″圍護結構位移觀測3水準儀及配套塔尺S1沉降監(jiān)測4潛水泵S50-32-200型水位觀測井施工5鋼尺水位計XBHV-11水位監(jiān)測6沖擊鉆Φ16mm布設監(jiān)測點7BIM移動工作站i7以上處理器，8G以上內存，2G以上獨顯。動態(tài)模擬基站8照相機現場照片采集質量控制7.1.每次觀測前按技術要求對儀器進行檢查和校正，觀測過程固定人員，測量儀器和測量路線制定要求，以保證觀測結果精準。各項偏差控制及內業(yè)數據處理均按照國家《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2016中各項規(guī)定執(zhí)行。7.2監(jiān)測期內每天應由專人進行巡視檢查，由于支護結構的施工質量、施工條件的改變、基坑邊堆載的變化、施工用水不適當排放、管道滲漏以及氣候條件的改變，還有工程隱患如地面裂縫、支護結構的失穩(wěn)、臨近建筑物裂縫等都可在巡檢工作中及時發(fā)現。7.3根據各個監(jiān)測項的實際需要及時的將采集到的數據錄入，如果測量數據有疑問，應及時復測。監(jiān)測數據記錄應使用正式的監(jiān)測記錄表格，任何原始記錄不得涂改、偽造和轉抄，監(jiān)測記錄應有相應的工況描述，監(jiān)測記錄和監(jiān)測技術成果均應有責任人簽字。當監(jiān)測數據達到監(jiān)測報警值時或結構變形過大或場地情況變化時應增加監(jiān)測頻率，有事故征兆時則需連續(xù)監(jiān)測，并及時提交監(jiān)測報告。由設計、施工及監(jiān)測等單位進行會診，對可能出現的各種情況做出估計和決策，并采取有效措施，不斷完善與優(yōu)化下一步的設計與施工。7.4.做出監(jiān)測結果過程曲線，及時反饋給項目負責人，發(fā)現異常現象要及時匯報。當監(jiān)測數據達到監(jiān)測報警值時，要立即組織有關人員分析原因、研究對策，必要時采取果斷措施，以防發(fā)生意外。形成“現場監(jiān)測——信息反饋——方案修正——監(jiān)測驗證”的工作流程。7.5.為保證模型精度，在模型投入使用前應進行BIM審圖。通過二次復審，專業(yè)間互審及時發(fā)現模型偏差并調整。7.6現場安排專職BIM技術員，及時根據現場情況調整工程進度。確保模擬畫面的時效性，和數據分析的準確性。安全技術措施8.1監(jiān)測當日作業(yè)完畢，要及時清理現場，并檢查施工用器具，以免不必要的安全事故發(fā)生。8.2現場各崗位人員必須在現場，尤其是安全員隨時巡視，做好一切應急措施，及時發(fā)現隱患，避免事故的發(fā)生。8.3配合管井班組做好降排水和邊坡的防護，防止土方坍塌。裝車時嚴禁裝得過滿，避免沿途拋灑。8.4項目部成立警報應急救援指揮系統，由技術部門牽頭對基坑監(jiān)測數據進行科學處理、分析、對比，建立監(jiān)測報警等級（可參考下表8.0.4-1）監(jiān)測報警等級表表8.4-1序號報警等級基坑狀態(tài)監(jiān)測指標1黃色預警臨界危險指標滿足1項1．某一項監(jiān)測數據達到最大安全值；2．某一項監(jiān)測數據變化速率達到預警變化速率。2橙色報警局部危險指標滿足2項1．某一項監(jiān)測數據大于最大安全值小于危險值；2．某一項監(jiān)測數據變化速率達到預警變化速率。3紅色報警危險指標滿足2項1．某一項監(jiān)測數據達到或大于危險值；2．某一項監(jiān)測數據變化速率大于預警變化速率。黃色預警：表示某項基坑監(jiān)測指標已達到方案確定的最大安全值，基坑某一部位已處于臨界危險狀態(tài)，需各方引起重視，監(jiān)測工作將增加監(jiān)測頻次。預警解除：監(jiān)測數據變化速率減小趨于收斂穩(wěn)定狀態(tài)。橙色預警：表示某項基坑監(jiān)測指標已大于方案確定的最大安全值且監(jiān)測數據變化速率達到預警變化速率，基坑某一部位已接近危險狀態(tài)，各方要足夠重視，采取必要措施，監(jiān)測工作將增加監(jiān)測頻次直至監(jiān)測數據變化速率小于預警變化速率。預警解除：施工處理措施實施完成，監(jiān)測數據變化速率減小趨于收斂穩(wěn)定狀態(tài)。紅色預警：表示某項基坑監(jiān)測指標已達到方案確定的危險值且監(jiān)測數據變化速率大于預警變化速率，基坑某一部位已處于危險狀態(tài)，各方采取應急措施，監(jiān)測工作將增加監(jiān)測頻次直至監(jiān)測數據變化速率小于預警變化速率。預警解除：施工應急措施實施完成，監(jiān)測數據變化速率減小趨于收斂穩(wěn)定狀態(tài)。同時根據基坑報警等級，確定應急措施，并向上級或有關部門報告，事后組織分析事故原因和調查處理。具體措施如下：加強巡視基坑工程整個施工期內，每天均應有現場當值人員進行巡視檢查，如遇強降雨等惡劣天氣和基坑出現險情等非常時期時，應加大巡視次數，及時掌握基坑現場信息。巡視檢查的檢查方法以目測為主，可輔以錘、釬、量尺、放大鏡等工器具以及攝像、攝影等設備進行；巡視檢查應對自然條件、支護結構、施工工況、周邊環(huán)境、監(jiān)測設施等的檢查情況，如有異常進行詳細記錄。加密監(jiān)測頻率遇到緊急、可能有危險情況（大雨、有危險事故征兆）時加密觀測。當危險情況（坑內嚴重的涌沙、冒水、結構嚴重變形）發(fā)生時，跟蹤監(jiān)測，直到險情排除。參加作業(yè)人員必須嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程和技術要求，服從指揮，集中精力，認真操作。環(huán)保措施環(huán)境保護主要是對周邊地表沉降及地下管線的重點保護，和對周邊建筑沉降進行重點保護。將從以下兩個方面進行控制和保護：基坑開挖方面對施工期間的固體廢棄物應分類定點堆放，分類處理。施工期間產生的廢鋼材、木材，塑料等固體廢料應予回收利用。對基坑內的水位觀察井、鉆探取樣孔等必須用粘土等低透水材料回填防止造成涌水或流砂。周圍環(huán)境的保護措施基坑監(jiān)測過程發(fā)出警報時應查明其確切原因對基坑、相鄰建筑物、道路及地下管線造成的危害程度以便采取有效措施進行搶救處理?；颖O(jiān)測過程發(fā)出警報時應及時迅速組織搶救避免喪失搶救時機釀成更嚴重后果。警報處理后應在警報發(fā)生部位及相鄰部位增加監(jiān)測點加強監(jiān)測及時進行預報工作嚴防事故再度發(fā)生。并應抓緊進行誘發(fā)事故原因的整治工作徹底清除事故隱患。工程樁或地下結構損壞時應根據損壞狀況和其重要程度采取有效加固方法進行處理恢復正常使用功能。基坑監(jiān)測要求要根據周圍環(huán)境的重要性相應調整。特殊情況下的控制要求如下：基坑周邊地面沉降不得影響相鄰建筑物、構筑物的正常使用或差異沉降允許值基坑周邊土體變位不得影響相鄰各類管線的正常使用或變形曲率允許值當有共同溝、合流污水管道等重要設施存在時土體位移不得造成結構開裂發(fā)生滲漏。效益分析經濟效益：采用BIM4D模擬的基坑監(jiān)測方法，相比較傳統測量的檢測方式，將測量數據準確無誤的反應到軟件當中，軟件自動分析基坑位移值，不用項目部技術人員對位移變化對比分析，從而大大節(jié)約了人工。本工法的應用主要為促進基坑工程施工期間的安全管理水平，應用本工法可有效減少生產事故及工傷事故，降低因此可能產生的經濟損失。預防不安全狀態(tài)的出現。應用本工法，由于其操作便捷，管理人員經簡單培訓即可實施。相較完全委托第三方成本較低，具體成本比較如下表10.1-1。施工方自測與施工方委托第三方監(jiān)測費用比較表10.1-1方法類別委托第三方監(jiān)測使用本工法單價單位：元/（次·點位）2400工程量單位：個5252設備購置費015000合計（單位：元）（施工周期3個月時，本工法的使用有利于項目產生良好的經濟效益。通過這種有效的安全管理，為經濟效益的獲得提供了前提和保障，保證了正常的生產秩序。報警等級與可能存在事故及事故處理方法的經濟指標如下表10.1-2?；庸こ淌┕み^程報警等級及事故處理經濟指標表10.1-2序號報警等級基坑狀態(tài)經濟損失/事故處理辦法費用1黃色預警臨界危險施工進度延緩加大監(jiān)控頻率忽略不計2橙色報警局部危險1.基坑支護結構局部失效支護結構加固按加固方式及市場價確定2.支護結構構件裂縫或輕微破壞支護結構加固按加固方式及市場價確定3.基底土失穩(wěn)，局部隆起基底加固：采取壓力注漿、攪拌樁、旋噴樁等方法加固按加固方式及市場價確定3紅色報警危險1.支護結構整體失穩(wěn)1.卸載法：挖除支護結構后部分土體（周圍場地條件允許下可采用）；2.支擋法：加設支擋結構；3.注漿法：保護性加固，減小主動土壓力按加固方式及市場價確定2.支護結構斷裂破壞1.卸載法：挖除支護結構后部分土體（周圍場地條件允許下可采用）；2.支擋法：加設支擋結構；3.注漿法：保護性加固，減小主動土壓力按加固方式及市場價確定3.基坑周圍產生較大沉降，周圍建筑物、地下管線、道路的破壞1.設立隔斷墻；2.卸載法：挖除支護結構后部分土體（周圍場地條件允許下可采用）；3.支擋法：加設支擋結構；按加固方式及市場價確定周圍環(huán)境賠償費4.基坑底部隆起變形1.注漿法在土體內灌漿，處理基坑漏水、基坑底部流沙、基底隆起；2.降水法3.坑底加固法按加固方式及市場價確定5.流沙、管涌等1.注漿法在土體內灌漿，處理基坑漏水、基坑底部流沙、基底隆起;2.降水法3.坑底加固法按加固方式及市場價確定使用本工法可有效提早發(fā)現基坑危險狀態(tài)，避免事故的發(fā)生。經濟效益明顯。社會效益：相較傳統的基坑監(jiān)測方式，采用基于BIM模型的動態(tài)模擬可以直觀反應基坑的變形危險程度，方便施工現場快速定位危險源。有效預先消除了由于風險發(fā)展可能造成的工程沖突。縮短工期，優(yōu)化施工，避免重大安全事故發(fā)生。延展了BIM技術在深基坑工程中的應用，通過4D演示，按順序預先推演建造過程。通過計算機的動態(tài)模擬，推動施工的智能監(jiān)控和信息化管理，提高數據資源利用水平和信息服務能力。增強企業(yè)信譽和核心競爭力。推廣了新工藝、新技術在建筑業(yè)的發(fā)展，更有利于城市的環(huán)境保護。對深基坑的信息化監(jiān)測，能夠使施工現場的管理有效性增強，有利于施工現場周邊環(huán)境在基坑施工階段的保護。應用實例實例1：銀川市婦幼保健院新建產科大樓工程及配套地下停車場項目位于銀川市金鳳區(qū)經一路南側，經二路北側，通達北街以東，滿城