基于 BIM 技术的深基坑施工动态监测与风险预警研究

一、引言

城市化进程加速，高层建筑、地下空间开发等项目增多，深基坑工程施工规模和深度不断增加。深基坑施工复杂、风险大，受地质、周边环境、施工工艺等因素影响，易引发安全事故，威胁人员安全和周边环境稳定。传统深基坑施工监测与风险预警方法存在信息整合效率低、可视化差、实时性不足等问题，难以满足精细化管理需求。BIM 技术作为数字化技术，具有信息集成化、可视化、协同性强等优势，为提升深基坑施工安全管理水平提供新方案。

二、深基坑施工特点与传统监测预警方法的局限性

（一）深基坑施工特点

深基坑施工涵盖地质勘察、支护结构设计与施工、土方开挖、降水等环节，周期长、工序复杂。且具有区域性，不同地区地质条件差异大，对基坑支护和施工工艺要求不同。此外，深基坑施工影响周边环境，土体变形、地下水变化等可能使周边建筑物、地下管线等设施出现沉降、开裂等问题，增加施工风险管控难度。

（二）传统监测预警方法的局限性

传统深基坑施工监测主要依靠人工测量或单一的监测仪器，如水准仪、全站仪、测斜仪等。人工测量效率低、误差大，难以实现实时监测；单一监测仪器只能获取某一特定参数，无法全面反映基坑整体状态。在风险预警方面，传统方法多基于经验阈值判断，缺乏对多源监测数据的综合分析和动态评估，预警的准确性和及时性不足。

三、BIM技术在深基坑施工动态监测与风险预警中的应用优势

（一）信息集成与共享

BIM模型能够整合深基坑工程的地质勘察数据、设计图纸、施工方案、监测数据等多源信息，形成一个完整的数字化信息库。各参与方可以通过BIM平台实时获取和更新相关信息，实现信息的高效共享和协同工作。

（二）可视化模拟与分析

利用BIM技术的三维可视化功能，可以对深基坑施工过程进行动态模拟，直观展示基坑支护结构施工、土方开挖等工序的施工顺序和施工效果。通过模拟分析，能够提前发现施工过程中可能存在的问题，如支护结构受力不合理、土方开挖顺序不当等，并及时调整施工方案。同时，结合监测数据，可在BIM模型中直观展示基坑变形、沉降等情况，便于技术人员进行分析和决策。

（三）实时动态监测

将传感器技术与BIM技术相结合，可实现深基坑施工的实时动态监测。在基坑关键部位布置各类传感器，如位移传感器、应力传感器、水位传感器等，将传感器采集的数据实时传输至BIM模型中。通过对监测数据的实时分析和处理，能够及时发现基坑施工过程中的异常情况，如基坑变形速率突然增大、支护结构应力超限等，为风险预警提供准确的数据支持。

（四）协同管理与决策支持

BIM平台为深基坑施工各参与方提供了一个协同工作的环境，设计单位、施工单位、监测单位、监理单位等可以在同一平台上进行沟通和协作。在风险预警过程中，各方可以基于BIM模型和监测数据，共同分析风险原因，制定应对措施，实现协同决策。同时，BIM技术还可以对风险应对措施的实施效果进行模拟评估，为决策提供更科学的依据。

四、基于BIM技术的深基坑施工风险预警模型构建

（一）预警指标体系建立

构建科学合理的预警指标体系是实现深基坑施工风险预警的关键。根据深基坑施工特点和风险因素，选取基坑位移、沉降、倾斜度、支护结构应力、地下水位等作为主要预警指标。同时，考虑周边环境因素，将周边建筑物沉降、地下管线变形等纳入预警指标体系。对每个预警指标设定合理的预警阈值，根据监测数据与预警阈值的对比情况，判断基坑施工风险等级。

（二）风险预警流程设计

基于BIM技术的深基坑施工风险预警流程主要包括数据采集、数据处理与分析、风险评估与预警、预警响应等环节。首先，通过传感器实时采集基坑施工监测数据，并上传至BIM模型。然后，利用BIM平台的数据处理功能，对监测数据进行分析和处理，计算各预警指标的数值。接着，将计算结果与预警阈值进行对比，根据风险评估模型判断基坑施工风险等级，并通过BIM平台以可视化的方式发出预警信息。最后，相关人员根据预警信息，及时采取相应的风险应对措施，并对措施实施效果进行跟踪评估。

（三）预警模型的实现

利用BIM软件的二次开发功能，结合风险预警算法，开发基于BIM的深基坑施工风险预警系统。该系统能够自动采集和处理监测数据，实时更新BIM模型中的风险状态信息，并通过三维可视化界面展示基坑施工风险分布情况。同时，系统还具备预警信息推送功能，可通过手机短信、邮件等方式将预警信息及时发送给相关人员，确保风险得到及时处理。

五、案例分析

以某城市综合体深基坑工程为例，该基坑深度达18 米，周边环境复杂，临近既有建筑物和地下管线。在施工过程中，应用基于BIM技术的动态监测与风险预警系统。首先，建立深基坑BIM模型，整合地质勘察数据、设计图纸等信息。然后，在基坑支护结构、周边建筑物等关键部位布置传感器，实现对基坑位移、沉降、支护结构应力等参数的实时监测。

施工过程中，系统监测到基坑某侧边壁位移变化速率超过预警阈值，立即发出预警信息。项目团队通过BIM平台对监测数据进行分析，结合BIM模型可视化展示，判断是由于土方开挖速度过快导致侧壁土体应力释放不均匀。随后，项目团队调整土方开挖方案，减缓开挖速度，并加强对该区域的监测。通过实施这些措施，基坑位移变化速率逐渐恢复正常，有效避免了安全事故的发生。实践表明，基于BIM技术的深基坑施工动态监测与风险预警系统能够准确、及时地发现施工风险，为施工安全管理提供了有力保障。

六、结论

基于BIM技术的深基坑施工动态监测与风险预警方法，充分发挥了BIM技术的信息集成、可视化、协同管理等优势，有效弥补了传统监测预警方法的不足。通过构建科学的风险预警模型，实现了对深基坑施工风险的实时动态监测和精准预警。案例应用表明，该技术能够显著提升深基坑施工安全管理水平，降低施工风险。

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