基于BIM的大跨度橋梁PHM系統(tǒng)研究技術(shù)與應(yīng)用

嚴(yán)先輝 南充職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木與建筑工程系 四川南充 637000

一、BIM 技術(shù)的發(fā)展概念

（一）BIM 技術(shù)應(yīng)用大跨度橋梁工程的內(nèi)涵建設(shè)

隨著高速建設(shè)的迅速，與BIM 應(yīng)用的操作要點(diǎn)相比，運(yùn)行里程大大增加。分析了BIM 技術(shù)在大跨度橋梁工程中的應(yīng)用效益。以大跨徑橋梁建設(shè)為主體，對運(yùn)營安全保障、運(yùn)營質(zhì)量改善和基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營狀況提出了更高的要求。以大跨徑橋梁為代表的高速基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)控制，主要通過常規(guī)驗(yàn)證試驗(yàn)、專項(xiàng)長期監(jiān)測、定期綜合檢測車和人工檢測相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，以深化設(shè)計(jì)和改進(jìn)方案。對復(fù)雜立體結(jié)構(gòu)病害描述繁瑣，將BIM 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用在大跨度橋梁施工階段過程中，海量監(jiān)測數(shù)據(jù)難以直接指導(dǎo)大跨度橋梁的檢修，輔助分析河床地質(zhì)的臨時(shí)結(jié)構(gòu)、驗(yàn)算受力等問題的可行性解決方案，各類監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)程度低，

（二）BIM 技術(shù)對大跨度橋梁工程建設(shè)意義

以BIM 為核心的信息技術(shù)在工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。BIM 是建筑信息化的模型技術(shù)。國家工程建設(shè)管理平臺已覆蓋48 個(gè)建設(shè)單位，主要采用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)。202 個(gè)工程項(xiàng)目，結(jié)合建筑工程相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型，大大提高了工程建設(shè)的質(zhì)量和管理水平，改變了工程設(shè)計(jì)與施工識別的特效數(shù)字表達(dá)方式。以全生命周期概念為內(nèi)涵的BIM 技術(shù)為運(yùn)營維護(hù)周期的延長和應(yīng)用提供了條件，有效地獲得了BIM 相關(guān)領(lǐng)域集成的先進(jìn)理念。基于橋梁結(jié)構(gòu)主動(dòng)維修的概念，應(yīng)將傳統(tǒng)的大跨度橋梁行業(yè)逐步注入新的動(dòng)態(tài)技術(shù)，并結(jié)合建筑大跨度橋梁工程的數(shù)字化表達(dá)方法，開發(fā)基于BIM 的PHM 運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)。

二、基于BIM 技術(shù)在大跨度橋梁PHM 系統(tǒng)施工的應(yīng)用研究

（一）基于BIM 的大跨度橋梁PHM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)對于大跨度橋梁工程的施工具有重要意義.總體框架是適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展，滿足多層次應(yīng)用的需要。PHM 系統(tǒng)應(yīng)支持局域網(wǎng)(C/S)、廣域網(wǎng)(B/S)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(M/S)、云服務(wù)等。它也保證了新技術(shù)在建筑業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。考慮到系統(tǒng)功能和使用方法的靈活部署，分析和總結(jié)了BIM 技術(shù)輔助建設(shè)的成功案例、相關(guān)業(yè)務(wù)流程和業(yè)務(wù)編號。

（二）大跨度橋梁工程項(xiàng)目規(guī)模的系統(tǒng)特點(diǎn)

基于BIM 的PHM 系統(tǒng)具有1：1 的開放性、開放的技術(shù)框架、對施工質(zhì)量和質(zhì)量要求的不斷提高、插入式框架的發(fā)展，大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的形狀設(shè)計(jì)方向也逐漸多樣化和形式化。系統(tǒng)可以微服務(wù)RESTful 的形式調(diào)用每個(gè)模塊，并可以獨(dú)立運(yùn)行。許多新的設(shè)計(jì)理念已經(jīng)在國內(nèi)外納入這一領(lǐng)域。各模塊集成為一個(gè)有機(jī)的整體，給大跨度橋梁的施工設(shè)計(jì)人員帶來了巨大的挑戰(zhàn)。該系統(tǒng)可以在后期不斷集成和擴(kuò)展。該設(shè)計(jì)需要時(shí)間短、質(zhì)量高、工藝美觀、結(jié)構(gòu)流暢、重量輕、耐用、節(jié)約整個(gè)建筑耗材等要求。大跨度橋梁的施工質(zhì)量設(shè)計(jì)是為了滿足不同服務(wù)水平的管理要求。BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以很好地解決這些問題，使用戶使用起來更加方便。對大跨度橋梁工程的設(shè)計(jì)理念也有很大的好處，減少了施工誤差。基于BIM 的橋梁運(yùn)營與維修模型，有效地推進(jìn)了大跨徑橋梁的施工項(xiàng)目。建筑施工成本節(jié)省20% 以上，BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)可視化管理和顯示，結(jié)合日常管理和維護(hù)業(yè)務(wù)流程，減少了返修和更換工作，建立了大跨度橋梁病害庫，明確了病害類型和惡化程度，提高了BIM 技術(shù)人員和施工人員的工作效率和效率。

（三）基于BIM 的大跨度橋梁PHM 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

首先，對構(gòu)件分類和IFD 分類編碼構(gòu)件分類，對應(yīng)于梁用于濕式接縫和橫向隔斷施工項(xiàng)目，構(gòu)件分類是合理劃分橋梁結(jié)構(gòu)( 模型組織結(jié)構(gòu))。根據(jù)BIM 模型和CAD 繪圖的精度統(tǒng)計(jì)，預(yù)制小箱梁的體積略大于CAD圖，不僅要遵循橋梁本身的結(jié)構(gòu)體系，而且通過BIM 模型的平坡放樣或精確放樣表明BIM 模型的體積略大于CAD。用BIM 模擬橫向斜率和橫向隔斷也是正常的，特別是針對目前高速橋梁和隧道建筑，水平隔板的體積略大于CAD，特別是與目前的高速橋梁和隧道施工相適應(yīng)。BIM 模型更實(shí)用、更可靠。由于鋼結(jié)構(gòu)工程的運(yùn)行維護(hù)管理對象和施工階段目標(biāo)不是一一對應(yīng)的，因此有必要根據(jù)北西匝道對鋼結(jié)構(gòu)工程的計(jì)算量進(jìn)行重組或分解。為了保持與操作維護(hù)規(guī)程的一致性，采用BIM 鋼結(jié)構(gòu)CAD 圖形進(jìn)行尺寸計(jì)算。

其次，BIM 模型PHM 系統(tǒng)以橋梁運(yùn)營維護(hù)BIM 模型為載體，可視化技術(shù)動(dòng)態(tài)、安全地模擬施工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)階段不同來源的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過BIM 模型技術(shù)對施工單位實(shí)施可視化技術(shù)設(shè)計(jì)高效的底層工作，應(yīng)建立適合橋梁運(yùn)營維護(hù)的BIM 模型，并及時(shí)解決問題。所要考慮的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是1：1BIM 運(yùn)行維護(hù)模型單元的幾何精度和信息深度等級，避免了浪費(fèi)，具有施工方案的實(shí)用性。根據(jù)構(gòu)件的分類對BIM 模型進(jìn)行整體劃分，BIM 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有效地加快了施工過程。為了提高建模效率和模型的可變性，有效地控制人員、材料、機(jī)械和資金的使用，對構(gòu)件進(jìn)行分類編碼是基于對某一類構(gòu)件的屬性或特征的區(qū)分，從而提高大跨度橋梁項(xiàng)目質(zhì)量的競爭力。

三、小結(jié)

BIM 技術(shù)隨著應(yīng)用于大跨度橋梁設(shè)計(jì)階段的建模和模型提取計(jì)算分析。故障預(yù)測和健康管理是目標(biāo)。大數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)模型構(gòu)建是調(diào)整和修改模型設(shè)計(jì)方案的核心技術(shù)，使大跨度橋梁PHM 系統(tǒng)具有豐富的內(nèi)涵。使其快速化是一種有效的手段和工具。本文設(shè)計(jì)了PHM 系統(tǒng)的功能框架，并利用BIM 模型獲得了精確、快速的工程量提取的精度和效率。