基于BIM的钻孔垂直度自动监测方法与流程

本发明属于钻孔垂直度监测技术领域，具体涉及一种基于bim的钻孔垂直度自动监测方法。

背景技术：

围护桩技术已广泛应用于基坑工程施工过程中，其结构整体可较好的实现挡土防水功能，现阶段在基坑围护桩施工过程中多通过机械操作调控与经验施工保证施工孔位的垂直状态，若施工孔位出现倾斜，围护桩体系与地表水平坐标处于非垂直状态，其整体稳定性将有所缺失，功能性受到很大影响，无法起到预期的基坑稳定性维护目的，围护桩结构将不能达到预期功能，对基坑工程的安全性造成威胁，对下一步施工进程造成了阻碍。现有钻孔垂直度检测的方式有通过放线绳悬吊超声波探测器检测钻孔垂直度，或者通过激光探测器发射激光束检测钻孔垂直度，但是由于围护桩桩孔成孔后，孔内渗水严重，无法看清孔底部，激光探测器发射的激光束无法发挥作用；防线绳携超声波探测器伸入水中，由于超声波探测器在水中存在浮力，无法保证防线绳的防线垂直度，进而导致放线绳悬吊超声波探测器检测钻孔垂直度的方法失效，很难进行施工孔位垂直度的准确量测。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其设计新颖合理，利用钢筋笼在钻孔内往复移动测量钻孔不同高度的倾斜度，利用倾斜度获取钻孔不同高度x方向的偏移距离和y方向的偏移距离，绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图，建立钻孔的bim模型并可视化监测钻孔垂直度，弥补传统测量的局限，使技术人员对桩孔的倾斜状态一目了然，是进度调整的有力工具，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、构建钻孔垂直度检测机构，过程如下：

步骤101、在钻孔顶部的施工地面旁侧安装倒l形支撑架，倒l形支撑架的水平段远离倒l形支撑架的竖直段的一端位于钻孔的中轴线上，倒l形支撑架的内侧面上安装有滑轮组，施工地面上安装有起重机，起重机位于倒l形支撑架的内侧；

步骤102、绑扎圆柱形的钢筋笼，钢筋笼的外径小于钻孔的内径，钢筋笼的外径与钻孔的内径之差为1cm～5cm，多个吊装绳的一端均匀的设置在钢筋笼的顶部，多个吊装绳的另一端相交连接，起重机伸出的钢索绳通过滑轮组与多个吊装绳的相交端连接，钢筋笼的底部水平焊接有十字连接架，测斜器水平设置在钢筋笼的底部中心位置；

所述测斜器包括水平焊接在钢筋笼的底部的传感器限位座和水平安装在传感器限位座内的倾角传感器，所述传感器限位座为凹槽式限位座，所述凹槽式限位座的凹槽口朝向远离钢筋笼的一侧；

步骤103、倾角传感器采集的数据通过计算机数据处理，起重机由所述计算机控制；

所述倒l形支撑架、起重机、钢筋笼、测斜器和所述计算机构成钻孔垂直度检测机构；

步骤二、设置倾角传感器的单位下降距离：利用计算机设置起重机的转动速度和单位下降时间，获取钢索绳的单位转出长度，即为钢筋笼的单位下降距离，同时为倾角传感器的单位下降距离h，且其中，h为钻孔的深度，n为倾角传感器的下降次数且n为不小于3的正整数；

步骤三、倾角传感器的下降：计算机控制起重机工作一次，使钢筋笼下降一次，则倾角传感器下降一次；

步骤四、获取倾角传感器下降数据：待钢筋笼稳定后，倾角传感器采集钻孔当前下降位置的倾角数据，并将采集的当前下降位置的倾角数据传输至计算机，所述倾角传感器为mems单轴倾角传感器，mems单轴倾角传感器采集当前下降位置x方向的倾角和当前下降位置y方向的倾角；

步骤五、n次重复步骤三和步骤四，倾角传感器分别获取钢筋笼沿钻孔高度方向下降的n个不同高度位置处的倾角数据，并将数据传输至计算机；

步骤六、调整倾角传感器位置：计算机控制起重机反向工作，使钢筋笼上升，且上升的高度为

步骤七、倾角传感器的上降：利用计算机设置起重机的转动速度和单位上升时间，获取钢索绳的单位回收长度，即为钢筋笼的单位上升距离，同时为倾角传感器的单位上升距离，倾角传感器的单位上升距离等于倾角传感器的单位下降距离，计算机控制起重机反向工作一次，使钢筋笼上升一次，则倾角传感器上升一次；

步骤八、获取倾角传感器上升数据：待钢筋笼稳定后，倾角传感器采集钻孔当前上升位置的倾角数据，并将采集的当前上升位置的倾角数据传输至计算机，mems单轴倾角传感器采集当前上升位置x方向的倾角和当前上升位置y方向的倾角；

步骤九、n次重复步骤七和步骤八，倾角传感器分别获取钢筋笼沿钻孔高度方向上升的n个不同高度位置处的倾角数据，并将数据传输至计算机；

计算机根据测量数据获取的先后顺序，将2n对倾角数据进行排序，并根据公式计算第i次测量数据x方向的偏移距离xi和第i次测量数据y方向的偏移距离yi，i为倾角传感器测量数据的次数编号且i＝1,2，…，2n，hⁱ为第i次测量数据时倾角传感器的深度值，αi为倾角传感器第i次测量数据x方向的倾角，βi为倾角传感器第i次测量数据y方向的倾角；

步骤十、m次重复步骤三至步骤九，获取该钻孔高度方向上m组倾角数据，其中，m为不小于3的正整数；

根据公式计算第i次测量数据x方向的平均偏移距离xi和第i次测量数据y方向的平均偏移距离yi，其中，m为步骤十循环次数编号且m＝1,2，…，m，为第m次循环步骤十中第i次测量数据x方向的偏移距离，yi^m为第m次循环步骤十中第i次测量数据y方向的偏移距离；

并分别绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图；

步骤十一、建立钻孔的bim模型并可视化监测钻孔垂直度：通过bim建模软件revit项目中添加项目参数的方式来增加参数属性，即在属性列表内拓展出不同深度的测量数据x方向的平均偏移距离和测量数据y方向的平均偏移距离，明确测量数据与参数属性在ifc文件的组织关系，计算机将步骤十中获取的第i次测量数据x方向的平均偏移距离xi和第i次测量数据y方向的平均偏移距离yi批量写入ifc数据格式文件，从而对该ifc数据格式文件进行基于ifc标准监测信息读写操作，明确ifc数据格式文件保存路径，建立测量数据与钻孔相关联的bim模型，以三维图形的形式展示钻孔形态，在bim模型中三维可视化观测不同深度钻孔倾斜状态。

上述的基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其特征在于：步骤102中所述凹槽式限位座的侧壁上开设有限位通孔，锁紧件穿过所述限位通孔与倾角传感器抵接，传感器限位座与所述十字连接架之间设置有多个限位座焊点。

上述的基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其特征在于：步骤一中所述倒l形支撑架的外侧壁上安装有数据中转箱，数据中转箱内安装有数据中转电路板和电缆线盘，所述数据中转电路板上集成有微控制器和与所述微控制器连接的gprs模块，电缆线盘的旋转轴与电机的输出轴同轴连接，所述微控制器通过电机驱动模块控制所述电机，数据中转箱上安装有信号发射天线，信号发射天线与gprs模块连接，电缆信号线的一端固定在电缆线盘上且与所述微控制器的信号输入端连接，电缆信号线的另一端通过电缆线盘、钢索绳和钢筋笼与倾角传感器连接。

上述的基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其特征在于：所述电缆信号线的伸长速率与钢索绳的伸长速率一致，所述电缆信号线的回缩速率与钢索绳的回缩速率一致。

上述的基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其特征在于：所述h的取值范围为1.5m～2.5m。

上述的基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，其特征在于：所述倾角传感器通过差分放大电路与所述微控制器的信号输入端连接，所述差分放大电路包括差分放大器ad620，所述倾角传感器为mems高精度单轴倾角传感器sca103t-d04。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过利用钢筋笼在钻孔内往复移动测量钻孔不同高度的倾斜度，钢筋笼自重大，下沉至孔内过程中，不受钻孔中水位的影响，测斜器安装在钢筋笼部，进而不受钻孔周围环境的影响，钢筋笼的外径与钻孔的内径接近，减少钢筋笼在钻孔内的摆动，且钢筋笼现场取材方便，测斜器客重复利用，便于推广使用。

2、本发明根据钻孔的深度设置倾角传感器的单位下降距离，保证倾角传感器下降整数次至孔底，若单位下降距离取值过大，测量结果将无法详细表示桩孔整体各位置的倾斜状态，若单位下降距离取值过小，测量结果将过于繁杂，测量过程的工作量大幅度增加，不便于现场应用，单位下降距离取值范围为1.5m～2.5m，使用效果好。

3、本发明设计新颖合理，利用计算机控制起重机工作，同时接收倾角传感器采集的数据，利用倾斜度获取钻孔不同高度x方向的偏移距离和y方向的偏移距离，绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图，建立钻孔的bim模型并可视化监测钻孔垂直度，弥补传统测量的局限，使技术人员对桩孔的倾斜状态一目了然，是进度调整的有力工具，便于推广使用。

4、本发明方法步骤简单，先获取倾角传感器下降数据，当钢筋笼下降至孔底后向上折返时，通过调整倾角传感器位置，使钢筋笼上升的高度为即最后两个测点的中间位置，然后计算机控制起重机反向工作，进而实现钢筋笼的上升，保证倾角传感器下降测点和上升测点不在同一位置处，扩大数据采样点，延长采样时间，提高可靠性；计算机根据测量数据获取的先后顺序，将2n对倾角数据进行排序，通过角度与偏移量的转换关系，计算测量数据x方向的偏移距离和测量数据y方向的偏移距离，通过多次测量求平均获取测量数据x方向的平均偏移距离和测量数据y方向的平均偏移距离，减少随机测量带来的干扰，表征钻孔垂直度可靠。

综上所述，本发明设计新颖合理，利用钢筋笼在钻孔内往复移动测量钻孔不同高度的倾斜度，利用倾斜度获取钻孔不同高度x方向的偏移距离和y方向的偏移距离，绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图，建立钻孔的bim模型并可视化监测钻孔垂直度，弥补传统测量的局限，使技术人员对桩孔的倾斜状态一目了然，是进度调整的有力工具，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明钻孔垂直度检测机构的使用状态图。

图2为本发明钢筋笼、吊装绳和钢索绳的连接示意图。

图3为本发明钢筋笼的仰视图。

图4为本发明测斜器和钢筋笼的安装关系示意图。

图5为本发明的方法流程框图。

附图标记说明:

1—数据中转箱；2—电缆线盘；3—信号发射天线；

4—倒l形支撑架；5—电缆信号线；6—钢索绳；

7—起重机；8—钢筋笼；9—测斜器；

10—倾角传感器；11—传感器限位座；12—吊装绳；

13—锁紧件；14—限位座焊点；15—施工地面；

16—钻孔。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明基于bim的钻孔垂直度自动监测方法，包括以下步骤：

步骤一、构建钻孔垂直度检测机构，过程如下：

步骤101、在钻孔16顶部的施工地面15旁侧安装倒l形支撑架4，倒l形支撑架4的水平段远离倒l形支撑架4的竖直段的一端位于钻孔16的中轴线上，倒l形支撑架4的内侧面上安装有滑轮组，施工地面15上安装有起重机7，起重机7位于倒l形支撑架4的内侧；

需要说明的是，倒l形支撑架4的水平段远离倒l形支撑架4的竖直段的一端位于钻孔16的中轴线上的目的是保证滑轮组的安装，实现钢索绳6位于钻孔16的中轴线，进而实现钢筋笼8位于钻孔16中心位置。

步骤102、绑扎圆柱形的钢筋笼8，钢筋笼8的外径小于钻孔16的内径，钢筋笼8的外径与钻孔16的内径之差为1cm～5cm，多个吊装绳12的一端均匀的设置在钢筋笼8的顶部，多个吊装绳12的另一端相交连接，起重机7伸出的钢索绳6通过滑轮组与多个吊装绳12的相交端连接，钢筋笼8的底部水平焊接有十字连接架，测斜器9水平设置在钢筋笼8的底部中心位置；

本实施例中，步骤102中所述凹槽式限位座的侧壁上开设有限位通孔，锁紧件13穿过所述限位通孔与倾角传感器10抵接，传感器限位座11与所述十字连接架之间设置有多个限位座焊点14。

实际使用中，锁紧件13穿过所述限位通孔与倾角传感器10抵接，固定效果好，且可拆卸，重复使用效率高。

所述测斜器9包括水平焊接在钢筋笼8的底部的传感器限位座11和水平安装在传感器限位座11内的倾角传感器10，所述传感器限位座11为凹槽式限位座，所述凹槽式限位座的凹槽口朝向远离钢筋笼8的一侧；

需要说明的是，设置凹槽式限位座的目的是便于倾角传感器10的水平安装，倾角传感器10应安装于钢筋笼8底中心位置处，避免存在夹角，倾角传感器10的初始水平化处理将对后期测量工作的准确性产生重要影响。

步骤103、倾角传感器10采集的数据通过计算机数据处理，起重机7由所述计算机控制；

所述倒l形支撑架4、起重机7、钢筋笼8、测斜器9和所述计算机构成钻孔垂直度检测机构；

需要说明的是，通过利用钢筋笼8在钻孔16内往复移动测量钻孔16不同高度的倾斜度，钢筋笼8自重大，下沉至孔内过程中，不受钻孔16中水位的影响，测斜器9安装在钢筋笼8部，进而不受钻孔16周围环境的影响，钢筋笼8的外径与钻孔16的内径接近，减少钢筋笼8在钻孔16内的摆动，且钢筋笼8现场取材方便，测斜器9客重复利用，便于推广使用。

实际使用中，根据钻孔16的深度设置倾角传感器10的单位下降距离，保证倾角传感器10下降整数次至孔底，若单位下降距离取值过大，测量结果将无法详细表示桩孔整体各位置的倾斜状态，若单位下降距离取值过小，测量结果将过于繁杂，测量过程的工作量大幅度增加，不便于现场应用，单位下降距离取值范围为1.5m～2.5m，使用效果好。

步骤二、设置倾角传感器的单位下降距离：利用计算机设置起重机7的转动速度和单位下降时间，获取钢索绳6的单位转出长度，即为钢筋笼的单位下降距离，同时为倾角传感器的单位下降距离h，且其中，h为钻孔16的深度，n为倾角传感器10的下降次数且n为不小于3的正整数；

步骤三、倾角传感器的下降：计算机控制起重机7工作一次，使钢筋笼8下降一次，则倾角传感器10下降一次；

步骤四、获取倾角传感器下降数据：待钢筋笼8稳定后，倾角传感器10采集钻孔16当前下降位置的倾角数据，并将采集的当前下降位置的倾角数据传输至计算机，所述倾角传感器10为mems单轴倾角传感器，mems单轴倾角传感器采集当前下降位置x方向的倾角和当前下降位置y方向的倾角；

步骤五、n次重复步骤三和步骤四，倾角传感器10分别获取钢筋笼8沿钻孔16高度方向下降的n个不同高度位置处的倾角数据，并将数据传输至计算机；

步骤六、调整倾角传感器位置：计算机控制起重机7反向工作，使钢筋笼8上升，且上升的高度为

步骤七、倾角传感器的上降：利用计算机设置起重机7的转动速度和单位上升时间，获取钢索绳6的单位回收长度，即为钢筋笼的单位上升距离，同时为倾角传感器的单位上升距离，倾角传感器的单位上升距离等于倾角传感器的单位下降距离，计算机控制起重机7反向工作一次，使钢筋笼8上升一次，则倾角传感器10上升一次；

步骤八、获取倾角传感器上升数据：待钢筋笼8稳定后，倾角传感器10采集钻孔16当前上升位置的倾角数据，并将采集的当前上升位置的倾角数据传输至计算机，mems单轴倾角传感器采集当前上升位置x方向的倾角和当前上升位置y方向的倾角；

需要说明的是，先获取倾角传感器10下降数据，当钢筋笼8下降至孔底后向上折返时，通过调整倾角传感器10位置，使钢筋笼8上升的高度为即最后两个测点的中间位置，然后计算机控制起重机7反向工作，进而实现钢筋笼8的上升，保证倾角传感器10下降测点和上升测点不在同一位置处，扩大数据采样点，延长采样时间，提高可靠性；计算机根据测量数据获取的先后顺序，将2n对倾角数据进行排序，通过角度与偏移量的转换关系，计算测量数据x方向的偏移距离和测量数据y方向的偏移距离，通过多次测量求平均获取测量数据x方向的平均偏移距离和测量数据y方向的平均偏移距离，减少随机测量带来的干扰，表征钻孔垂直度可靠。

步骤九、n次重复步骤七和步骤八，倾角传感器10分别获取钢筋笼8沿钻孔16高度方向上升的n个不同高度位置处的倾角数据，并将数据传输至计算机；

计算机根据测量数据获取的先后顺序，将2n对倾角数据进行排序，并根据公式计算第i次测量数据x方向的偏移距离xi和第i次测量数据y方向的偏移距离yi，i为倾角传感器10测量数据的次数编号且i＝1,2，…，2n，hⁱ为第i次测量数据时倾角传感器10的深度值，αi为倾角传感器10第i次测量数据x方向的倾角，βi为倾角传感器10第i次测量数据y方向的倾角；

步骤十、m次重复步骤三至步骤九，获取该钻孔16高度方向上m组倾角数据，其中，m为不小于3的正整数；

根据公式计算第i次测量数据x方向的平均偏移距离xi和第i次测量数据y方向的平均偏移距离yi，其中，m为步骤十循环次数编号且m＝1,2，…，m，为第m次循环步骤十中第i次测量数据x方向的偏移距离，yi^m为第m次循环步骤十中第i次测量数据y方向的偏移距离；

并分别绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图；

步骤十一、建立钻孔16的bim模型并可视化监测钻孔16垂直度：通过bim建模软件revit项目中添加项目参数的方式来增加参数属性，即在属性列表内拓展出不同深度的测量数据x方向的平均偏移距离和测量数据y方向的平均偏移距离，明确测量数据与参数属性在ifc文件的组织关系，计算机将步骤十中获取的第i次测量数据x方向的平均偏移距离xi和第i次测量数据y方向的平均偏移距离yi批量写入ifc数据格式文件，从而对该ifc数据格式文件进行基于ifc标准监测信息读写操作，明确ifc数据格式文件保存路径，建立测量数据与钻孔16相关联的bim模型，以三维图形的形式展示钻孔16形态，在bim模型中三维可视化观测不同深度钻孔16倾斜状态。

需要说明的是，利用计算机控制起重机工作，同时接收倾角传感器采集的数据，利用倾斜度获取钻孔不同高度x方向的偏移距离和y方向的偏移距离，绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图，建立钻孔的bim模型并可视化监测钻孔垂直度，弥补传统测量的局限，使技术人员对桩孔的倾斜状态一目了然，是进度调整的有力工具。

本实施例中，步骤一中所述倒l形支撑架4的外侧壁上安装有数据中转箱1，数据中转箱1内安装有数据中转电路板和电缆线盘2，所述数据中转电路板上集成有微控制器和与所述微控制器连接的gprs模块，电缆线盘2的旋转轴与电机的输出轴同轴连接，所述微控制器通过电机驱动模块控制所述电机，数据中转箱1上安装有信号发射天线3，信号发射天线3与gprs模块连接，电缆信号线5的一端固定在电缆线盘2上且与所述微控制器的信号输入端连接，电缆信号线5的另一端通过电缆线盘2、钢索绳6和钢筋笼8与倾角传感器10连接。

实际使用中，利用电缆信号线5有线对倾角传感器10采集的数据进行传输，本实施例中，所述电缆信号线5的伸长速率与钢索绳6的伸长速率一致，所述电缆信号线5的回缩速率与钢索绳6的回缩速率一致，避免电缆信号线5与钢索绳6不同步，导致电缆信号线5断裂，进而数据传输失败。

本实施例中，所述h的取值范围为1.5m～2.5m。

本实施例中，所述倾角传感器10通过差分放大电路与所述微控制器的信号输入端连接，所述差分放大电路包括差分放大器ad620，所述倾角传感器10为mems高精度单轴倾角传感器sca103t-d04。

本发明使用时，利用钢筋笼在钻孔内往复移动测量钻孔不同高度的倾斜度，利用倾斜度获取钻孔不同高度x方向的偏移距离和y方向的偏移距离，绘制x方向上平均偏移距离曲线图和y方向上平均偏移距离曲线图，建立钻孔的bim模型并可视化监测钻孔垂直度，弥补传统测量的局限，使技术人员对桩孔的倾斜状态一目了然，是进度调整的有力工具。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。