基于BIM 的公路橋梁技術狀況評定方法研究

何 飛 ，戴 瑋

（1.安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節能與環保技術及裝備交通運輸行業研發中心，安徽 合肥 230088）

引言

橋梁是公路系統中最為重要的設施之一，橋梁運營期間合理的維護是為了保障橋梁長期使用，安全性仍然能夠達到國家、行業、企業和地方相關指標。因此，我國公路交通“十二五”發展規劃中明確要求，公路建設要堅持建、養、運、管并重，要從“重建輕養”進入“建養并重”階段。而在傳統的橋梁養護工作中，數據記錄、分析以及管理大多采用人工處理紙質文件的方式。隨著橋梁服役時間的增長，存在海量的養護數據丟失或數據不善利用的情況。從橋梁養護工程可持續發展角度出發，引入現代信息技術和計算機技術發展融合而成的BIM 技術成為了一種必然的趨勢。

BIM 技術可以為橋梁管養信息化提供所見即所得的解決方案，通過創建承載工程構件的位置數據、幾何數據和屬性數據等信息的BIM 模型，疊加工程構件的病害信息、養護維修狀態，實現模型與養護工作的數據融合。從信息化數據標準及應用角度出發，闡述基于BIM 的公路橋梁技術狀況評定流程。

1 橋梁管養系統現狀

隨著計算機技術的快速發展，傳統的橋梁線下養護管理工作已步入了信息化管養系統時代，此類管養系統以橋梁運營技術狀況為關注點，實現養護數據采集、分析、推送功能，并基于此進行養護決策工作。通過對部分橋梁信息化管養系統的分析研究，存在的特點：（1）缺少可視化效果。大部分管養系統均采用表格或圖表的展示方式，開展養護數據的采集及分析工作，數據分析結果不夠直觀，適用于對橋梁養護項目較為熟悉的工作人員。（2）不完善的構件分解標準。在現階段管養系統中，面向養護的橋梁構件分解方式主要以《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/T H21—2011）（以下簡稱《標準》）為依據，根據橋梁技術狀況評定流程，以“橋梁＞部位＞部件＞構件”四個層級對橋梁構件進行分層分解，其中“構件”層不僅有養護構件定位作用，同時需作為技術評定的評分構件［1］。例如，預應力混凝土T 梁橋的主梁，以及鋼混組合梁主梁，其構件的分解方式見表1。當“1#主梁”為混凝土T 梁時，對應的病害類型并不等同于鋼混組合梁。四級的構件分解方式比較粗略，適用于組成構件或材料比較單一的橋梁，對于養護構件較為復雜的橋梁，若需考慮構件信息與養護檢測數據的準確定位，則需要更細粒度的分解方式。（3）構件與養護數據匹配問題。現行的大部分管養系統均內置了獨立的病害庫，并根據《標準》中相關章節（5 ～10 章），定義了構件與病害的相對關系。根據《標準》定義，以馬鞍山長江公路大橋懸索橋養護項目為例，該橋橋塔為鋼塔，鋼塔柱節段構件在《標準》中對應匹配的病害內容見表2。因此在利用管養系統進行日常數據采集工作時，養護人員只能重新自定義鋼塔構件病害。系統中非標準化的病害信息，容易形成技術狀況分析結果的誤差，不利于橋梁養護信息化的發展。

表1 梁橋主梁構件分解方式

表2 《標準》中索塔部位與對應病害信息

根據研究結果，依托相關項目，基于運營養護階段的BIM 信息模型，從數據信息標準化和融合的角度出發，開展公路橋梁技術狀況評定方法研究。

2 基于BIM 技術的公路橋梁技術狀況評定流程研究

基于BIM 技術的公路橋梁管養系統，以橋梁BIM 模型為可視化模型載體，橋梁定、巡檢等檢查工作中的記錄病害信息為數據載體，通過各項數據的標準化、結構化，實現模型屬性信息與病害數據的融合，最終形成橋梁技術狀況評定、病害統計等處理結果［2-4］。針對橋梁管養系統現狀分析，從以下兩方面開展技術狀況評定方法研究。

2.1 數據標準研究

2.1.1 信息模型標準

為了更好地定位橋梁養護構件，匹配對應的養護檢測數據，需要建立信息模型標準，包含橋梁構件分類編碼標準、材料分類標準、橋梁構件分解標準。（1）橋梁構件分類編碼標準主要應用于橋梁構件元素的功能定義，并針對各元素進行唯一編碼。（2）橋梁材料分類編碼標準主要應用于橋梁構件所用到永久結合到工程實體中的材料或建筑產品的定義，并針對各材料進行唯一編碼［5］。（3）橋梁構件分解標準主要應用于運營期橋梁信息模型中構件定位。

為了更精確地進行病害數據統計，完善橋梁技術狀況評定流程，展現橋梁實際運營狀況，提出了一種便于操作的“橋梁＞部位＞部件＞構件組＞最小檢查構件”橋梁評定分解方式。最小檢查構件即BIM 模型中的模型構件，主要用于實際養護構件的定位以及對應病害的記錄。在檢查部件與構件之間，添加了構件組這一劃分層，構件組作為一個或多個最小橋梁檢查構件所組成的集合，主要用于統計集合內所有病害，對各類病害集合進行標度及評分。一個部件中可包含若干個構件組，構件組同時可包含若干個最小檢查構件，如橋墩部件可包含1 ～N#橋墩組，1#橋墩組包含1 ～N#墩身、1 ～N#蓋梁等檢查構件。

以橋墩構件為例，在項目橋梁工程養護階段BIM 信息模型中，對應的橋墩模型元素所包含的信息內容見表3。

表3 橋墩模型所包含信息內容

2.1.2 養護數據標準

（1）病害分類標準

以《標準》為基礎，針對橋梁常見病害，按構件相關病害、材料相關病害、位移類病害、附屬與設備通用病害四類進行劃分。其中，構件相關病害為某些構件特有病害類型，與構件材料組成無關，如伸縮縫構件的“伸縮縫錯臺”病害；材料相關病害為某種材料特有病害類型，如普通鋼筋材料的“鋼筋銹蝕”病害；位移類病害包含結構構件由于移動帶來的病害類型，如“索塔傾斜變形”；附屬與設備通用病害主要包含附屬設施等的“缺失”“污損或損壞”之類病害。

并在此分類基礎上，將病害分類與上文提及的構件分類、材料分類進行映射對應，僅列出橋墩構件的構件分類×材料分類×病害分類對應的示意見表4。

表4 橋墩構件分類×材料分類×病害分類

這種分類對應關系可直接關聯橋墩構件的所有相關病害類型，并以此類推，最終完整且精準地定義全橋每個養護構件的病害類型。

（2）病害屬性標準

病害屬性標準用于定義每個病害分類的獨立屬性。例如，普通鋼筋材料的“露筋”病害屬性包含病害發現時間、結束時間、狀態、露筋面積、描述等屬性類目。

2.2 數據標準應用

基于BIM 技術的公路橋梁管養系統中，數據標準主要應用于橋梁技術狀況評定流程：（1）根據信息模型標準，創建攜帶信息模型分類編碼的橋梁BIM 模型，包含所有構件的構件分類及編碼、材料分類及編碼。（2）匹配屬性中的構件分類和材料分類，推送該構件相關病害類型，并自動識別匹配相對應的病害屬性，完成病害數據的采集錄入。（3）完成所有構件組層級的病害集合，進行構件組標度評分，最終完成部件、部位到橋梁的評定流程。橋梁技術狀況評定流程見圖1。

圖1 橋梁技術狀況評定流程

標準化的模型數據和養護數據，有助于精準定位構件和養護數據的相對關系，結構化病害數據錄入，避免病害信息錯漏缺失，快速有效地形成橋梁技術狀態評定結果。同時，這種通過模型構件掛接養護數據的處理方式，可以在BIM 模型上完成全橋構件的病害信息渲染，清晰直觀地展示橋梁的使用狀態。

3 應用實例

依托某項目懸索橋開展管養數據標準應用研究。懸索橋的管養工作特點為體量大、構件類型復雜，作為研究樣本普適性一般，但懸索橋橋梁構件及材料種類涵蓋面廣、病害數據量大，通過建立完善的病害數據標準，信息檢查橋梁，完善流程，可為后期開展各類橋梁的管養工作提供數據基礎。

圖2 BIM 模型編碼錄入

圖3 橋梁管養BIM 綜合信息平臺模型構件病害展示

項目建立了橋梁管養BIM 綜合信息平臺，其中包含定期檢查工作中橋梁技術狀況評定任務。項目創建了全橋BIM 模型，并對每個模型構件填入相應分類編碼信息、從屬關系、項目信息等，作為構件屬性掛接在BIM 模型相對應的構件單元上，見圖2。同時，推送該構件擬產生的病害數據信息，疊加養護檢查記錄中的病害數據，實現BIM 模型與養護工作的數據融合。橋梁管養BIM 綜合信息平臺模型構件病害展示見圖3。

4 結語

（1）根據公路橋梁技術狀況評定流程，從數據結構化和融合角度出發，探索公路橋梁信息模型分類編碼標準以及常見病害分類標準，并提出“橋梁＞部位＞部件＞構件組＞最小檢查構件”的評定分解方式，形成橋梁構件分解標準。（2）通過創建承載信息屬性的項目BIM 模型并掛接相應的病害養護數據，實現平臺化的橋梁養護信息共享，確保橋梁檢查病害數據的傳遞和繼承，完善橋梁技術評定流程，提出一種橋梁管養信息化的實踐方式。