近年來中國的橋梁建設(shè)事業(yè)正蒸蒸日上，伴隨著國家“一帶一路”的倡議，交通基礎(chǔ)設(shè)施的“中國建造”正在走向世界，而橋梁作為“大交通”概念中的重要組成部分。目前我國的橋梁養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀是工作手段落后，管理系統(tǒng)滯后，還存在管理手段機(jī)械化，危害記錄平面化，資料管理臺賬化的靜態(tài)管理狀態(tài)。通過利用基于BIM的橋梁信息化養(yǎng)護(hù)技術(shù)將實(shí)現(xiàn)橋梁的智能化管理及養(yǎng)護(hù)是未來橋梁養(yǎng)護(hù)管理的發(fā)展方向，值得探究。
橋梁是高速公路安全暢通的重要保障，因此對高速公路橋梁的養(yǎng)護(hù)及日常管理工作就顯得尤為重要。
（一）橋梁狀況檢查
根據(jù)我國現(xiàn)有的相關(guān)規(guī)定和操作規(guī)范，高速公路上橋梁狀況的檢查一般可以分為月檢、季檢、年檢和相關(guān)專門性檢查四個方面[1]。高速公路橋梁檢查的內(nèi)容主要包括以下三個方面：
1.檢查資料的收集和整理。。
2.橋梁結(jié)構(gòu)尺寸和結(jié)構(gòu)性能檢測。
3.橋梁結(jié)構(gòu)缺陷檢測，包括橋梁混凝土外觀檢查、橋梁結(jié)構(gòu)裂縫檢查和橋梁結(jié)構(gòu)變形情況檢查等。
（二）現(xiàn)運(yùn)行橋梁存在的主要問題分析
1.橋況不明
建成多年的橋梁由于技術(shù)資料不及時(shí)歸檔或遺漏造成原始資料不全、遺缺；新建橋梁資料不全，橋梁技術(shù)狀況不清楚等，橋梁原始資料未能及時(shí)提供給養(yǎng)護(hù)單位，造成養(yǎng)護(hù)單位對原始資料不清楚[2]。
2.橋面嚴(yán)重超載，超負(fù)荷工作
我國現(xiàn)運(yùn)營的公路橋梁還有許多修建于八十年代以前，設(shè)計(jì)荷載等級偏低，與現(xiàn)行實(shí)際運(yùn)行荷載差距較大，承載能力不足，已不適應(yīng)目前高速公路中交通量增大，超重車、集裝車、大噸位車增多的新形勢，造成橋梁承受不起日益增長的負(fù)荷而成為危橋 [3] 。
3.橋面修復(fù)不及時(shí)
橋面鋪裝損壞修復(fù)不及時(shí)，造成橋面不平整而使車輛顛簸，影響車速，增加橋梁構(gòu)件的疲勞，縮短了橋的使用壽命導(dǎo)致提前大修。
4.隱蔽結(jié)構(gòu)上的安全隱患和病害
由于橋梁設(shè)計(jì)與施工的不合理，橋梁投入運(yùn)營后，橋梁的隱蔽構(gòu)件特別是在橋面以下或高空中的構(gòu)件，在日常養(yǎng)護(hù)中沒有及時(shí)修補(bǔ)形成病害，處理不及時(shí)可能釀成大禍。
（三）傳統(tǒng)橋梁檢測的局限性
傳統(tǒng)橋梁檢測是通過人工目測檢查或借助于便攜式儀器測量得到的信息對橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進(jìn)行評估，在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的局限性[4]。
1.現(xiàn)代大型橋梁在布局和結(jié)構(gòu)上較為復(fù)雜，許多構(gòu)件繁多且復(fù)雜，高空中的構(gòu)件和橋面以下的隱蔽工程部位不能直接靠近觀察，需要耗費(fèi)大量人力、物力；
2.受檢測人員個人因素影響較大，主觀性強(qiáng)，難于量化；
3.橋梁缺損程度判定信息少，缺少整體性。人工檢查以單一構(gòu)件為對象，只能提供局部的檢測和診斷信息，而不能提供整體全面的結(jié)構(gòu)健康檢測和評估信息；
4.橋梁的缺損處理方案不明確，對于構(gòu)件的針對性較差，輔助分析欠缺；
5.時(shí)效性差，影響交通。對于大型的橋梁通常需要搭設(shè)觀察平臺或用觀測車輛，無可避免需要實(shí)施交通控制，并且檢查周期較長。
綜上所述，傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)自身的局限性已經(jīng)不太適應(yīng)現(xiàn)階段橋梁養(yǎng)護(hù)的新需求和新形勢，急需采用系統(tǒng)、科學(xué)、安全、有效、穩(wěn)定耐久和經(jīng)濟(jì)合理的健康監(jiān)測與安全評價(jià)系統(tǒng)來管理橋梁的養(yǎng)護(hù)工作，為橋梁的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。
BIM技術(shù)
（一）BIM概念
BIM(Building Information Modeling)是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[5]。
首先，BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模型的可視化，大大降低了由于二維圖紙所帶來的諸多不便和溝通誤區(qū)，真正達(dá)到了“所見即所得”的效果，使得無論是設(shè)計(jì)、施工，還是后期運(yùn)營維護(hù)階段，所有過程都更加的直觀。其次，BIM技術(shù)除了對3D 模型具有表達(dá)外，還包括BIM 4D(3D基礎(chǔ)上加上時(shí)間軸)、BIM 5D（3D模型+1D進(jìn)度+1D造價(jià)的五維建筑信息模型）。BIM技術(shù)的真正精髓在于將數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)項(xiàng)目信息進(jìn)行整合，使其貫穿于工程項(xiàng)目的整個生命周期，提供全信息檔案，實(shí)現(xiàn)智能化數(shù)據(jù)采集與管理。
在橋梁的養(yǎng)護(hù)方面，利用BIM技術(shù)，借助建模軟件。首先，可通過構(gòu)建三維橋梁模型來為養(yǎng)護(hù)方案的優(yōu)化及數(shù)據(jù)的采集提供可視化溝通，為后續(xù)一定數(shù)量傳感器的布置提供依據(jù)。其次，針對橋梁養(yǎng)護(hù)運(yùn)維，利用BIM技術(shù)建立三維可視化、面向橋梁運(yùn)維養(yǎng)護(hù)的橋梁信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)護(hù)相關(guān)的現(xiàn)場信息采集和養(yǎng)護(hù)信息組織及病害三維展示。同時(shí)，BIM技術(shù)為了更好地為橋梁養(yǎng)護(hù)服務(wù)，橋梁既有的前期信息，如：規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工的信息也一并納入了信息系統(tǒng)。
（二）橋梁工程中BIM建模軟件簡介
由于橋梁工程的重要性及復(fù)雜性，所有的橋梁問題都不能單獨(dú)的依靠某一個軟件加以解決。對于全壽命周期的橋梁建設(shè)過程，涉及的專業(yè)很多，參與的人員復(fù)雜，建模過程所涉及的軟件也就多種多樣?；贐IM技術(shù)的三維模型是一個信息系統(tǒng)模型，囊括設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營階段的全部信息。
目前，用于BIM的核心建模軟件市面上非常多，主要有Autodesk、Bentley、Graphisoft 和Dassault[6]。其中，流行和使用廣泛的是Autodesk平臺的Revit，該軟件為使用者提供了豐富且強(qiáng)大的族庫，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，主要包括：多工種專業(yè)間協(xié)同模式的選擇方式、準(zhǔn)備了一些適應(yīng)多工種的視圖環(huán)境和模板文件及設(shè)計(jì)了適合多工種協(xié)同的族庫。Navisworks根據(jù)構(gòu)件類型標(biāo)記為不同顏色：未處理、待處理、正在處理、處理完成等，處理方案數(shù)據(jù)均可以二維碼形式錄入（圖1）。
圖1 基于Navisworks碰撞檢測三維效果圖
目前市面上主流的BIM平臺都完美支持Revit模型，使用Revit設(shè)計(jì)橋梁會讓后期BIM平臺的選擇范圍非常廣。Revit模型中，平面圖、三維圖和明細(xì)表等都是建立在同一個建筑信息模型的數(shù)據(jù)庫中，它可以收集到建筑信息模型中的所有數(shù)據(jù)，并在項(xiàng)目的其它表現(xiàn)形式中可以協(xié)調(diào)信息，以便實(shí)現(xiàn)模型中的參數(shù)化（參數(shù)化是指模型中可以通過設(shè)置參數(shù)的形式建立各個建筑結(jié)構(gòu)圖元之間的關(guān)系）。Revit模型還具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建模的強(qiáng)大工具，可以將復(fù)雜材質(zhì)的物理模型和單獨(dú)的可編輯模型進(jìn)行集成，更重要的是為常用的結(jié)構(gòu)分析軟件提供了雙向連接的可編程接口，即：強(qiáng)大的API接口功能。一旦建模成功，對于橋梁模型的任何構(gòu)件都可以單獨(dú)或整體參數(shù)化分析，還可以直接導(dǎo)入信息化管理平臺，對于后期的管理、養(yǎng)護(hù)和監(jiān)測具有很大的幫助。
BIM技術(shù)在橋梁養(yǎng)護(hù)、管理方面的應(yīng)用探究，需要建立一個完整的橋梁三維模型（圖2），即：除橋梁結(jié)構(gòu)外，還包括橋梁的各種附屬設(shè)施，選擇Autodest平臺的Revit軟件來實(shí)現(xiàn)。利用BIM技術(shù)，借助Revit建模軟件，通過構(gòu)建三維橋梁模型來為養(yǎng)護(hù)方案的優(yōu)化以及數(shù)據(jù)的采集提供前提，并結(jié)合原橋梁上所安裝的傳感器來收集數(shù)據(jù)建立信息系統(tǒng)。
圖2 Revit橋梁主墩族
基于BIM技術(shù)的橋梁養(yǎng)護(hù)方案，因其操作對象均是項(xiàng)目信息模型，所以模型構(gòu)建的第一步工作是應(yīng)用 BIM 技術(shù)。
（三）三維建模
三維可視化模型的建立，最主要的流程是根據(jù)橋梁所在位置的地質(zhì)勘測資料和設(shè)計(jì)圖紙，通過軟件和Revit平臺，確定橋梁道路中心線、主體結(jié)構(gòu)族和繪制橋梁上部結(jié)構(gòu)的附屬設(shè)施，最后在Revit結(jié)構(gòu)項(xiàng)目樣板中，最后根據(jù)高程控制和構(gòu)件的邏輯關(guān)系組裝橋梁大致模型，使用Revit內(nèi)置結(jié)構(gòu)，繪出橋梁剩余構(gòu)件，建立橋梁三維可視化模型。（圖3）（圖4）
圖3 橋梁建模思路
圖4 整橋三維模型
（四）基于BIM技術(shù)的橋梁可視化模型的特點(diǎn)
橋梁三維可視化模型的建立，每一個構(gòu)件都采用參數(shù)化建模，其三維可視化模型的主要特點(diǎn)有 [7]：
1. 橋梁信息的直觀可視性。橋梁的相關(guān)信息以三維模型的形式呈現(xiàn)，直觀可見的三維模型比CAD圖紙更便捷、更直觀；（圖5）
圖5 模型箱梁構(gòu)造
2.信息的完整統(tǒng)一。橋梁的勘測、設(shè)計(jì)資料，施工圖紙，參與施工過程人員信息、施工時(shí)間與進(jìn)度信息等相關(guān)資料都可以直接反應(yīng)在模型中。在使用相關(guān)資料時(shí)，不用翻閱繁瑣的圖紙和相關(guān)報(bào)表資料。完整統(tǒng)一的信息使橋梁的管理更加信息化，便捷化；
3.三維模型的聯(lián)動修改。在二維修改數(shù)據(jù)，三維模型也會隨之修改做出改變，反之亦然。橋梁的各種數(shù)據(jù)信息都可以通過對模型的修改來進(jìn)行模型聯(lián)動更新，為技術(shù)人員提供了便捷，使工作效率進(jìn)一步提高。
例如，江蘇省海門市S222線上的興隆大橋在2014年橋梁定期檢查中被評定為三類橋，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)及檢測報(bào)告情況，南通公路處同江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司、東南大學(xué)聯(lián)合成立了該橋的BIM應(yīng)用技術(shù)用于橋梁養(yǎng)護(hù)管理的項(xiàng)目小組，運(yùn)用BIM(建筑信息模型)部分研究成果對該橋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理。根據(jù)此，橋梁相關(guān)的各類資料通過BIM技術(shù)進(jìn)行整合，并結(jié)合三維模型，提高了查詢的便利性。在橋梁檢查現(xiàn)場，移動端軟件內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)化記錄樣式、構(gòu)件上布置二維碼等方法大大提高了檢查工作的準(zhǔn)確性和標(biāo)準(zhǔn)化程度，并避免了多次錄入帶來的錯誤。在橋梁現(xiàn)場，通過對橋梁設(shè)計(jì)、施工資料和以往病害情況的即時(shí)查詢，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢查內(nèi)容的疏漏，避免不必要的補(bǔ)充檢查;病害信息可以進(jìn)行三維可視化，檢查成果一目了然，改變了傳統(tǒng)形式橋梁病害信息應(yīng)用費(fèi)時(shí)費(fèi)力的情況。
基于橋梁的養(yǎng)護(hù)管理階段所涉及到的信息較為廣泛，運(yùn)用BIM整合這些信息，建立最小單位構(gòu)件的信息，并且做好構(gòu)件與構(gòu)件、構(gòu)件與部位、部位與部位、部位與整體之間的信息關(guān)聯(lián)。把橋梁劃分為整體、部位、結(jié)構(gòu)三個層次級別。每一個級別都有各自的ID信息，在確定合適的信息后運(yùn)用BIM云平臺擬建專家智庫來進(jìn)行綜合的管理與應(yīng)用（圖6）。
（一）養(yǎng)護(hù)計(jì)劃提醒
根據(jù)養(yǎng)護(hù)需求編制相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，并在BIM模型設(shè)置特定的啟動時(shí)間或者啟動前提，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃的自動預(yù)警，可以根據(jù)實(shí)際要求精確有序的制定維修養(yǎng)護(hù)。
（二）信息共享和實(shí)時(shí)傳遞
傳統(tǒng)橋梁的日常養(yǎng)護(hù)和定期檢測中需對發(fā)現(xiàn)的病害信息進(jìn)行現(xiàn)場拍照并登記到紙質(zhì)記錄本上，再進(jìn)行相關(guān)內(nèi)業(yè)工作。
BIM平臺會根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)控檢查和人員的監(jiān)測得到橋梁病害的資料，隨著不同職能在平臺的不同等級權(quán)限的逐級上報(bào)，及時(shí)提醒主要負(fù)責(zé)人處理，再由負(fù)責(zé)人逐級處理反饋給相關(guān)同事，及時(shí)處理橋梁病害問題。橋梁病害發(fā)現(xiàn)上報(bào)反饋的同時(shí)，BIM平臺會自動生成報(bào)表和相關(guān)記錄資料，并在后臺進(jìn)行保存。后臺記錄的橋梁編號、構(gòu)件二維碼是整個病害記錄的重要標(biāo)識。整體的編號是辨明哪座橋梁出現(xiàn)病害，部分編號是標(biāo)識橋梁上部結(jié)構(gòu)還是下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，構(gòu)件編號是記錄具體哪一構(gòu)件出現(xiàn)病害，有序的記錄方便逐條檢查。二維碼是每一個構(gòu)件的具體標(biāo)識，包括：名稱、類型、材料、備注、構(gòu)件位置、基本屬性關(guān)聯(lián)資料、關(guān)聯(lián)表單等都能具體表現(xiàn)。構(gòu)件的病害具體位置由三維模型中的三維坐標(biāo)對應(yīng)一一體現(xiàn)，可以根據(jù)自身屬性參數(shù)具體體現(xiàn)病害類型和特征參數(shù)，并記錄成表保存，方便病害記錄的查看。
（三）橋梁健康云檔案
在橋梁日常養(yǎng)護(hù)中結(jié)合云平臺BIM三維模型，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合橋梁資料，逐步建立健全橋梁的健康檔案，每一次病害的維護(hù)都能記錄，為下一次相同的病害，或者其他橋梁近似的病害提供參考經(jīng)驗(yàn)，節(jié)省人力、物力，使橋梁養(yǎng)護(hù)工作更加高效，形成養(yǎng)護(hù)記錄進(jìn)度表，使問題的追溯實(shí)現(xiàn)可視云痕跡化管理。
（四）平臺專家智庫
橋梁結(jié)構(gòu)所處的外界環(huán)境惡劣，在結(jié)構(gòu)的服役過程中經(jīng)常有病害發(fā)生，在運(yùn)維管理中對病害進(jìn)行歸類、分析，通過關(guān)聯(lián)維修養(yǎng)護(hù)過程，逐步形成管養(yǎng)知識庫、合作平臺，利用平臺與橋梁領(lǐng)域方面專家、學(xué)者對問題進(jìn)行分析、探討、解決及成果發(fā)布。
（五）輔助培訓(xùn)新員工
通過將橋梁結(jié)構(gòu)信息完整準(zhǔn)確地展現(xiàn)在新員工面前，進(jìn)行可視化問題處理，并建立相應(yīng)環(huán)節(jié)的問題庫，解決方案及應(yīng)急處置預(yù)案，并以直觀的方式展示出來，使新員工快速學(xué)習(xí)，這將是一種高效的培訓(xùn)平臺。
結(jié)語
BIM三維技術(shù)的橋梁養(yǎng)護(hù)管理信息平臺不同于以往的二維平面靜態(tài)管理，其內(nèi)容更為豐富、操作更直接、圖像更直觀。本文針對BIM技術(shù)在橋梁養(yǎng)護(hù)方面的應(yīng)用，從橋梁養(yǎng)護(hù)的BIM三維模型建立、信息參數(shù)化建設(shè)、橋梁病害在BIM三維模型的可視化處理、BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)施工后的養(yǎng)護(hù)運(yùn)營管理及結(jié)合BIM模型自我養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍的培養(yǎng)等方面進(jìn)行探索，從理論上指出利用BIM技術(shù)可以高效的進(jìn)行橋梁養(yǎng)護(hù)信息化管理，通過本次BIM技術(shù)的應(yīng)用探究為以后BIM技術(shù)在橋梁養(yǎng)護(hù)管理信息系統(tǒng)建設(shè)工作中提供參考意見。
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