具体实施方式

以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开了一种基于BIM的施工过程基坑变形监测预警系统，该系统包括监测设备、控制中心和移动终端，监测设备可以为全站仪、经纬仪等测量仪器，监测设备布置于目标基坑以用于监测测量目标基坑的各项数据。控制中心与监测设备进行通信连接，以接收处理监测设备所测量获取的各项数据，并基于BIM构建目标基坑的三维模型，根据各项数据更新三维模型并对模型变化进行预测，以用于预测目标基坑实际的异常变形状态。移动终端由目标基坑的负责人所持，移动终端可以为手机等手持设备，移动终端与控制中心通信连接，当控制中心预测到目标基坑的异常变形状态时，将会向移动终端发送预警信息和警报信息，以通知负责人进行及时预防和处理。

本申请实施例还公开了一种基于BIM的施工过程基坑变形监测预警方法。

参照图1，基于BIM的施工过程基坑变形监测预警方法，具体包括如下步骤：

101，基于BIM和目标基坑的现场实测数据构建所述目标基坑的基础三维模型。

其中，通过监测设备采集目标基坑的各项现场实测数据，现场实测数据包括基坑深度、基坑大小、基坑护墙角度、基坑周围环境信息等，并通过所获得的现场实测数据，利用BIM软件构建目标基坑的基础三维模型，还可以通过目标基坑的施工设计图纸获取各项数据以构建基础三维模型。

102，在所述基础三维模型中的目标基坑表面布设多个测点，以任意一个测点为原点建立空间坐标轴，并获取所有测点的初始空间坐标。

其中，在基础三维模型中所展示的目标基坑底面、侧面以及目标基坑周围的地表表面均匀布设多个测点，并以其中任意一个测点为原点在基础三维模型中建立空间坐标轴，根据其他测点与原点之间的空间位置关系，获取所有测点的初始空间坐标。

103，根据所述初始空间坐标和所述测点的空间坐标变化筛选出异常测点。

其中，可以通过BIM对基础三维模型进行施工模拟或者通过输入实时施工数据更新基础三维模型，均会使得基础三维模型产生变化，而模型中的部分测点也会进行相应位移，通过判断同一测点在施工模拟和实时数据更新时的位移偏量，可以筛选出位移出现异常的异常测点。

104，预测所述异常测点的移动变化。

其中，当获取到异常测点的部分移动轨迹时，可以通过BIM对异常测点后续的移动变化进行预测。

105，基于所述移动变化预测所述目标基坑的异常形变状态。

106，若预测到所述异常形变状态，则向所述目标基坑的负责人发出预警信息。

其中，若未预测到目标基坑的异常形变状态，则继续保持对目标基坑的监测预测。

本实施例的实施原理为：

采集目标基坑的现场实测数据并通过BIM构建基础三维模型，在基础三维模型中布设多个测点并获取所有测点的初始空间坐标，可以通过BIM对基础三维模型进行模拟或通过BIM输入现场实际施工数据更新基础三维模型，在基础三维模型变化的过程中测点空间坐标也会发生变化，此时可以将空间坐标变化异常的测点筛选出来作为异常测点，并通过BIM预测异常测点的移动变化，以预测目标基坑的异常形变状态，当预测到目标基坑的异常形变状态时，将会向目标基坑的负责人发出预警信息，使负责人及时进行预防和处理。

在图1所示实施例的步骤103中，先基于理论施工数据对基础三维模型进行施工模拟，获取测点的空间坐标变化，再基于实际施工数据对基础三维模型进行更新，再次获取测点的空间坐标变化，通过统一测点的两次空间坐标变化可以筛选出变化异常的异常测点，具体通过图2所示实施例进行详细说明。

参照图2，根据初始空间坐标和所述测点的空间坐标变化筛选出异常测点，具体包括如下步骤：

201，基于BIM并根据预设的若干时间节点对所述目标基坑的实际施工过程进行模拟，得到模拟三维模型。

其中，通过BIM将预先计划的整体施工过程进行模拟，并根据预先计划的施工排期表的施工阶段预设若干个时间节点，获取各个施工阶段时的模拟三维模型。

202，获取所述模拟三维模型中所有测点于各个时间节点的模拟空间坐标。

203，获取实际施工过程中的实时监测数据。

其中，通过监测设备获取实时监测数据。

204，基于BIM和所述实时监测数据，并根据若干所述时间节点更新所述基础三维模型，得到实时三维模型。

其中，根据实际施工过程时的施工阶段，选取与施工模拟过程中相同施工阶段预设时间节点，将各个施工阶段过程中的实时监测数据进行输入，通过BIM将挤出三维模型进行更新，得到实时三维模型。

205，获取所述实时三维模型中所有测点于各个时间节点的实测空间坐标。

206，根据所述初始空间坐标、所述模拟空间坐标和所述实测空间坐标筛选出异常测点。

本实施例的实施原理为：

实时三维模型所展现的目标基坑为实际施工状态下的目标基坑，其与模拟三维模型所展现的目标基坑将会有一定的差别，因此根据比对模拟三维模型中所有测点的模拟空间坐标、实时三维模型中所有测点的实测空间坐标和所有测点的初始空间坐标之间的差别，可以筛选出测点中的异常测点。

在图1所示实施例的步骤101和在图2所示实施例的步骤203之间的任意时刻，可以插入区域化管理步骤，以对基础三维模型的监测数据进行区域化监测管理，具体可以通过图3所示实施例进行详细说明。

参照图3，对基础三维模型的区域化管理，具体包括如下步骤：

301，将所述基础三维模型划分为若干监测区域。

其中，监测区域可以具体划分为基坑底部、基坑侧壁和基坑周围。

302，获取划分所述监测区域时的划分参数，并基于所述划分参数于所述目标基坑中划分实际区域。

其中，划分参数包括区域划分数量、区域划分位置和区域范围，根据划分参数在目标基坑中划分出实际区域，各个实际区域与各个监测区域相对应。

303，将预设的监测设备分配至所有实际区域，建立与所述监测设备的通信连接。

其中，采用平均分配的方式将所有监测设备平分至各个实际区域中。

本实施例的实施原理为：

将基础三维模型进行区域划分，并根据区域划分的数量、位置和范围在目标基坑中划分出相对应的实际区域，再将预设的监测设备分配至目标基坑中的各个实际区域，并建立与监测设备之间的通信连接，从而可以对目标基坑施工过程中的实时监测数据进行区域化接收管理。

在图2所示实施例的步骤206中，可以通过计算各个测点初始空间坐标、模拟空间坐标和实测空间坐标之间的欧式距离，从而判断测点的异常位移，具体通过图4所示实施例进行详细说明。

参照图4，根据初始空间坐标、模拟空间坐标和实测空间坐标筛选出异常测点，具体包括如下步骤：

401，获取所有测点于第一个时间节点的模拟空间坐标和实测空间坐标。

其中，假设其中一个测点的初始空间坐标为（X，Y，Z），该测点于第一个时间节点时的模拟空间坐标为（X₁，Y₁，Z₁），该测点于第一个时间节点时的实测空间坐标为（X₂，Y₂，Z₂）。

402，分别计算各个测点的第一坐标变化值和第二坐标变化值。

其中，第一坐标变化值为初始空间坐标与第一个时间节点的模拟空间坐标之间的欧式距离，第二坐标变化值为初始空间坐标与第一个时间节点的实测空间坐标之间的欧式距离。

以步骤401中所假设的测点进行举例说明，该测点的第一坐标变化值计算公式如下：

该测点的第二坐标变化值计算公式如下：

式中，Y₁为第一坐标变化值，Y₂为第二坐标变化值。

403，计算所述第一坐标变化值和所述第二坐标变化值之间的偏移差值。

其中，通过计算第一坐标变化值和第二坐标变化值差值的绝对值，即可得到偏移差值。

以步骤401和步骤402中所假设的测点进行举例说明，该测点的偏移差值计算公式如下：

式中，P为偏移差值。

404，判断所述偏移差值是否大于预设的偏移阈值，若是，则执行步骤405；若否，则执行步骤406。

405，将对应的测点划分为异常测点。

406，将对应的测点划分为正常测点。

本实施例的实施原理为：

获取所有测点的模拟空间坐标和实测空间坐标，再分别计算各个测点的模拟空间坐标与初始空间坐标的欧氏距离，和各个测点的实测空间坐标与初始空间坐标的欧式距离，两个欧式距离分别可以体现出测点在模拟施工过程中所位移的距离和测点在实际施工过程中所位移的距离，因此通过计算两个欧氏距离之间的差值，可以计算出测点在实际施工过程中，相较于模拟施工过程所产生的偏移差值，再判断偏移差值是否超出预设的偏移阈值，即可对异常测点进行筛选。

在图1所示实施例的步骤104中，通过获取异常测点于多个时间节点的实测空间坐标，预测异常测点的移动变化，具体通过图5所示实施例进行详细说明。

参照图5，预测异常测点的移动变化，具体包括如下步骤：

501，获取所有异常测点于多个时间节点的实测空间坐标。

502，基于多个时间节点的实测空间坐标，获取所有异常测点的空间位移轨迹。

其中，获取同一异常测点多个时间节点的实测空间坐标的具体坐标值，结合异常测点位于三维模型中的区域和目标基坑的实际测量数据，解析出异常测点移动的空间曲线，则该曲线为对应测点的空间位移轨迹。

503，通过BIM对所述空间位移轨迹进行模拟预测，预测得到所述异常测点的后续移动轨迹。

其中，基于实际测量数据和已有的空间位移轨迹，对异常测点移动的空间曲线进行进一步解析，以获得空间曲线的延长线，则该延长线为对应异常测点的后续移动轨迹。

本实施例的实施原理为：

根据异常测点在多个时间节点时的实测空间坐标，绘制获取出异常测点的空间位移轨迹，通过BIM分析异常测点的位移状态和所处位置，对空间位移轨迹进行模拟预测，可以预测得到异常测点之后可能会产生的后续移动轨迹。

在图1所示实施例的步骤105中，通过对所有异常测点的后续移动轨迹的预测，从而对整体目标基坑的异常形变状态进行预测，具体通过图6所示实施例进行详细说明。

参照图6，预测目标基坑的异常形变状态，具体包括如下步骤：

601，识别各个监测区域内的异常区域，所述异常区域为各个监测区域内的所述异常测点所围成的区域。

其中，先分别对各个监测区域内的所有异常测点基于最小二乘法进行多元线性回归分析，逐个判断每个异常测点的离散程度，将离散程度高的异常测点剔除，再将监测区域内剩下的异常测点进行解析围合，形成监测区域中的异常区域。

602，基于所述后续移动轨迹预测所述异常区域的范围变化。

其中，由于围合成异常区域中的全部或部分异常测点预测有后续移动轨迹，在时间变量相同的情况下，使得各个异常测点基于后续移动轨迹进行位移，此时异常测点所围合的异常区域范围将发生变化。

603，根据所述范围变化分析预测所述目标基坑的异常形变状态。

其中，目标基坑的异常形变状态包括基坑侧壁墙体水平变形、基坑侧壁墙体竖直变形、基坑底部隆起、地表沉降、基坑裂缝生成等，预先识别获取各个异常形变状态的形变特征，再通过对异常区域范围变化的分析，从而可以预测目标基坑的异常形变状态和形变类型。

本实施例的实施原理为：

将异常区域进行区域化管理，分别对各个监测区域中形成的异常区域进行监测管理，并通过异常测点的后续移动轨迹对异常区域的范围变化进行预测，综合所有异常区域所预测的范围变化，实现对目标基坑异常形变状态的预测。

在图1所示实施例的步骤106中，预测到目标基坑的异常形变状态后需要向目标基坑的负责人发出预警信息，具体通过图7所示实施例进行详细说明。

参照图7，向目标基坑的负责人发出预警信息，具体包括如下步骤：

701，将预警信息发送至所述目标基坑的负责人所持的移动终端。

其中，预警信息可以包括异常形变状态的预计出现时间，预计出现的异常形变状态类型，预计出现异常形变状态的具体位置。

702，根据预设的间隔时间重复向所述移动终端发送警报信息。

其中，若移动终端附带响铃功能，可使警报信息包含强制响铃的指令，目的在于通过重复向移动终端发送警报信息，以对目标基坑的负责人起到及时的警示作用，使得负责人及时对预测到的异常变形状态进行紧急预防和处理。

703，当接收到所述移动终端发送的反馈信息时，中断所述警报信息的发送。

其中，目标基坑负责人接受来自控制中心的预警信息和警报信息后，可以向控制中心回复反馈信息，当控制中心接收到反馈信息后，将中断警报信息的发送。

本实施例的实施原理为：

若预测到了目标基坑的异常形变状态，通过向负责人所持的移动终端发送预警信息，并重复发送警报信息以起到较为强烈的警告作用，直到接收到反馈信息时停止发送警报信息，接收到反馈信息说明负责人已获取查看了预警信息。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。