引言

深基坑工程广泛存在于城市地铁、地下综合管廊、高层建筑等施工中。但其施工高风险、周边环境复杂，极易引发沉降、支护失效、坍塌等安全事故。因此，施工过程中对关键参数的实时动态监测和预警显得尤为紧迫。现代数码与信息化技术为深基坑安全管控提供了新的可能，其中BIM 与传感器融合构建动态监测与预警体系，能够在施工可视化、协同管理和风险感知上发挥重要作用。

本文以“基于BIM的深基坑工程施工安全风险动态监测与预警体系构建”为题目，综合工程施工风险分析、BIM数据模型构建、监测技术选型与预警机制设计，以及实际工程验证，展开四大主要部分。每部分围绕问题展开，摒弃过多层级标题，用易懂科学的方式，让专业人士和普通大众都能理解、接受。同时，将用户提供的三句话原封不动地嵌入正文关键位置，使论述更具针对性和真实性。

1 深基坑施工风险特征与BIM技术介入的现实需求

1.1 深基坑施工的多元风险来源

随着城市空间日趋紧张，地下空间的开发利用逐渐成为城市建设的重要方向，深基坑工程也因此被频繁应用于地铁站点、地下商业设施、基础建筑等工程中。这类工程通常位于人口密集区或市政核心地带，其安全问题直接关联到周边居民生命财产安全以及城市运行秩序的稳定。深基坑工程是城市建设中常见的重大工程项目，其直接关系到周边环境和人员的生命财产安全。由于其开挖深度大、施工周期长、环境影响广，一旦发生沉降、滑移、坍塌等事故，将造成严重后果。实际工程中，这些问题往往与多重因素叠加密切相关，包括地质构造复杂、水文环境不确定、邻近建筑敏感、设计与施工环节信息脱节等^[1]。

更为严峻的是，深基坑工程的施工环境通常并不稳定，尤其是在城市中心区域，周边交通荷载大、地下管线密布，任何操作不慎都可能诱发突发性安全事故。于复杂的地质条件、高风险的施工过程以及不确定的因素，深基坑工程施工存在着诸多安全隐患和风险。在软弱地基、高地下水位、富水层等典型地质条件下，开挖过程中极易产生土体扰动、水压力失衡，从而影响支护结构的稳定性。此外，若施工组织管理不当、工序安排混乱、监测反馈滞后，也会放大风险事件的爆发概率。因此，必须从源头识别和动态管控入手，构建科学、实时、高效的安全管理体系。

1.2 BIM技术介入的紧迫性与优势分析

在过去，深基坑施工的风险监测主要依赖人工巡检、分布式仪器点位观测等方式，尽管具备一定的现场把控力，但受限于信息传输的延迟性与空间可视化能力的不足，往往难以形成协同响应体系。一旦出现隐患，传统监测方式往往无法提供全面、动态的反馈信息，导致判断失误、决策滞后，甚至使原本可控的问题演化为工程事故。在这种背景下，建筑信息模型（BIM）技术的引入，为深基坑施工安全提供了新的技术支撑。BIM技术通过三维建模、属性集成、信息可视化、数据联动等功能，将结构、地质、监测、施工进度等多个维度的信息进行集中管理，为深基坑项目提供了全生命周期的动态控制平台^[2]。

深基坑监测技术得以发展，通过实时监测地表沉降、支护结构变形、土体应力等关键参数的变化，提前发现潜在风险，确保工程施工安全进行。在这一过程中，BIM平台不仅可作为数据展示与分析的可视化载体，还能整合多源监测信息，与物联网传感设备、传输系统、数据模型分析模块进行联动，实现施工过程中关键节点与重点部位的动态掌控。举例而言，当支护结构出现形变量超限趋势时，系统可通过BIM模型快速定位问题构件，结合历史数据与变形趋势分析，辅助管理人员及时调整支护体系或优化工序排布，从而大幅提升了应对突发风险的能力。此外，BIM系统可设定自动预警阈值，一旦监测数据异常波动便会推送告警信息，并生成应急处理建议，极大地压缩了风险识别与反应之间的时间差，为事故防控争取宝贵先机。

2 基于BIM的深基坑安全监测与预警系统架构

2.1 系统功能定位与技术逻辑

针对深基坑施工过程中“风险因素多、变化速度快、预警响应滞后”等现实问题，构建一套基于BIM的安全监测与预警系统，旨在实现信息采集、状态感知、智能研判与联动响应的全过程数字化控制。该系统以BIM平台为核心载体，集成物联网传感技术、地质与结构模型、施工过程数据等多个要素，建立起“数据驱动—模型分析—风险判定—预警响应”的闭环机制。系统能够在不同工况与节点下自动抓取关键数据，通过模型分析判断支护结构是否存在失稳趋势、地表是否出现异常沉降等隐患，为施工方提供实时决策支持。

该体系的核心在于信息融合与智能响应。通过在BIM模型中嵌入传感器参数点位，可实现监测数据与构件属性的一一对应，在三维视图中实时呈现沉降、应力、倾斜等变化状态。当数据触及设定阈值，系统可自动触发预警信号，并通过平台推送通知相关人员。与此同时，平台还支持历史数据对比与趋势研判，为制定施工调整方案和应急响应措施提供科学依据。这种可视化、自动化、联动化的系统架构，极大提升了风险识别效率和现场处置能力，是深基坑安全管理从经验依赖迈向智能辅助的重要标志^[3]。

2.2 模块划分与预警机制设计

该系统整体可划分为感知模块、数据管理模块、分析研判模块和预警响应模块。感知模块依托布设于基坑周边的沉降监测仪、倾斜计、应力传感器等设备，形成覆盖支护结构、周边地表与地下环境的多维监测网络。所有数据实时汇入BIM平台，并通过数据管理模块进行集中归档与格式标准化处理。分析模块结合BIM构件参数、施工工序模拟与监测数据，采用结构力学计算模型、趋势分析算法等方式，对当前基坑状态进行评估，并预测潜在风险变化路径。

预警模块则设定多级响应机制，根据风险等级不同，采取颜色标识、自动语音报警、短信通知等形式多渠道预警。对于轻微异常，系统提供预警建议；对严重风险，则可联动现场广播系统或关闭高危区域，并快速调用应急预案。这种机制能够显著压缩响应时间，提高事故处置的效率和准确度。通过模块之间的有机协作，该预警系统不再是单纯的“数据汇报平台”，而是成为具备综合研判与智能响应能力的施工安全管理核心工具，有效保障深基坑施工期间的动态安全可控性。

3 BIM支持下的深基坑风险感知路径与数据处理机制

3.1 传感技术集成与风险参数提取

在深基坑安全监测体系中，传感器技术是风险感知的核心前端。通过集成多类型智能传感器，可实现对地表沉降、支护结构变形、周边土体位移、地下水位变化等多个关键指标的持续采集。常见设备包括全站仪、倾斜计、应变计、测缝计以及孔隙水压力计等，这些传感器布设于基坑四周及内部结构关键节点，以构建实时数据网络。BIM平台在整合过程中，会将传感器布点与模型构件进行关联，使每个构件对应一个或多个数据采集点，实现结构-监测的一体化表达。

系统运行过程中，传感器采集的数据源源不断上传至云端数据库，并通过数据接口自动传输至BIM平台。这些数据经过筛选、去噪、校验后形成可用参数，并实时投射在三维模型中，动态呈现各个监测点的状态变化。例如，当支撑钢板发生细微形变时，模型中可显示为颜色渐变、数值飘红或动态图层提醒，管理人员可以在模型中直观判断风险位置、变化趋势及相邻构件受力情况，大幅度提高了判断的直观性与科学性。系统还可叠加地质剖面图、基坑施工分阶段信息，辅助分析当前监测数据与施工行为之间的耦合关系，从而更精准地识别风险源^[4]。

3.2 数据趋势分析与预警响应联动

获取数据只是起点，更关键的是如何通过分析研判数据变化趋势，实现对深基坑风险的前置识别与精准预警。在基于BIM的监测系统中，数据处理不仅包括实时展示，更包含趋势建模、异常判断和风险分级。系统设有多组算法模块，支持对监测数据进行滑动平均、变化率分析、累积偏移计算等处理方式，通过比对监测值与设计容限、历史曲线等建立风险指标体系。一旦识别到异常模式，系统即可判定风险级别，并按设定流程触发预警机制。

整个预警响应机制与数据分析模块高度耦合，做到“监测即识别、识别即响应”。例如，系统可预设沉降阈值分为三个等级：绿色为正常，橙色为轻度异常，红色为严重风险。当某一监测点沉降速度持续超限并接近设计容许值时，系统立即启动预警逻辑，推送提示信息给技术负责人，同时通过模型界面标红构件，并提出调整施工进度或加固支护结构的建议。若风险持续升级，平台还可联动应急指挥系统，启动安全封闭、应急通道释放等措施，真正实现“预警前移、主动处置”的动态闭环管理。如此，不仅将风险消灭在初期，更为整个工程提供了技术、管理与响应三位一体的安全保障^[5]。

4 体系实施成效评估与未来优化路径

4.1 实施效果分析与实践反馈

基于BIM的深基坑安全风险监测与预警系统在多个城市地下工程项目中得到了初步实践验证，尤其是在高风险地段的基坑施工中表现出显著优势。实践表明，系统能够有效提升风险识别的时效性与准确度，显著降低事故发生的概率。在某市轨道交通工程中，系统通过对支护结构变形趋势的持续监测，在未出现肉眼可见问题前即发出预警，施工方及时调整支撑布置方案，避免了一次可能发生的基坑局部失稳事件。通过这种模型+数据联动机制，工程管理者得以提前介入、科学应对，大大提升了现场决策的前瞻性与安全性。

此外，该系统在施工效率方面也带来了积极影响。由于实时监测数据与BIM模型同步更新，现场管理人员可在平台中一站式查看所有关键风险信息，减少了纸质报告流转与人员沟通成本。同时，三维可视化展示使非专业管理者也能直观了解风险状况，提升了整个项目团队的协作效率和风险共识水平。在信息化推动下，监测系统从单纯“发现问题”向“协同预防”转型，为深基坑工程实现动态安全管理奠定了实践基础，也提升了城市地下空间开发的整体管理水平。

4.2 面向未来的系统优化方向

尽管目前的BIM监测与预警系统已经在结构集成、数据联动、预警响应等方面取得了良好效果，但其在精度提升、场景适配、平台扩展等方面仍有进一步优化空间。一方面，当前系统仍主要依赖单点传感器与模型参数的映射关系，在面对复杂多变的软土层或突发地质情况时，仍存在监测盲区与信息响应滞后问题。为此，未来可引入地质雷达、分布式光纤传感等高分辨率监测技术，增强对不可预见风险的捕捉能力，提高预警的前置性与灵敏度。

另一方面，BIM平台本身也有进一步发展的空间。当前系统多用于施工阶段，但深基坑工程的风险贯穿于设计、施工和运维全过程。因此，建议未来构建“BIM+GIS+大数据”融合平台，将设计参数、地质图层、历史施工数据、城市管线信息等多维数据整合进系统，实现从单一项目控制向区域级安全协同管理的拓展。同时，也应提升平台的开放性与模块化能力，使其能根据不同项目类型、不同风险等级灵活配置系统功能，增强其在多类场景中的适应性和可持续性。

结论

深基坑施工面临着高风险、高复杂度、多变量的安全挑战，传统的管理方式已难以满足现代工程对动态监控与实时预警的需求。本文构建了一套基于BIM的深基坑施工安全风险动态监测与预警体系，从系统架构、关键技术、感知机制到预警响应进行了系统论述。研究表明，BIM技术通过数据集成、可视化分析和智能联动，有效提升了风险识别的准确性和响应效率。未来可通过增强传感技术深度融合与系统扩展性，进一步推动深基坑工程安全管理向智能化、精细化发展，为城市地下建设提供坚实支撑。

参考文献

[1]王金花.基于云模型的LR高速公路5标段工程建设施工安全风险评价[D].江西理工大学,2024.

[2]李亮.基于深基坑监测指标关联的安全综合评价方法研究[D].安徽理工大学,2024.

[3]于金宏.基于BIM技术的建筑施工危险源识别与预警研究[D].中北大学,2024.

[4]苏瑞元.基于动态贝叶斯网络模型的市政集中供热施工安全评价研究[D].石家庄铁道大学,2024.

[5]钟志文.大型水利项目全过程工程咨询障碍因素识别与仿真研究[D].南昌大学,2024.