BIM技術在智慧橋梁中的應用

滿 吉 芳

(遼寧鐵道職業技術學院，遼寧 錦州 121000)

1 提出背景

隨著科學技術的不斷進步和交通運輸事業的快速發展，我國橋梁建設取得了長足的發展，先后建成了青島海灣大橋、南京大勝關長江大橋、港珠澳大橋等一大批世界級水平的橋梁，成為了世界第一橋梁大國。但與國際先進水平相比，在設計協同化、建造信息化和運管智能化方面還存在著一定的差距。為彌補當前橋梁在設計、建造和運管三個階段存在的不足，完成由橋梁大國向橋梁強國的歷史性跨越，我國眾多學者多年來一直致力于智慧橋梁的研究，不斷加強BIM、物聯網、人工智能等新一代信息技術與傳統橋梁產業的深度融合，努力打造標準化、信息化、智能化的智慧橋梁全產業鏈創新體系[1]，大力推廣和發展集智慧設計、智慧建造和智慧運維于一體的智慧橋梁。

2 智慧橋梁

智慧橋梁以BIM技術為核心，以物聯網、大數據等先進信息技術為手段，從項目全生命周期角度出發，搭建面向建設單位、設計單位、施工單位和運管單位的橋梁協同管理平臺，以實現橋梁可視化協同設計、信息化施工建造和智能化運管服務，提升橋梁建設的信息化和智能化水平，促使橋梁向更智能、更安全、更耐久、更環保、更經濟的方向發展[2]。智慧橋梁的典型特征和主要功能見表1。

表1 智慧橋梁的典型特征和主要功能

智慧橋梁以BIM技術為支撐，以實際應用為目標，充分利用新一代信息技術，構建協同管理平臺，打通設計、施工、運管三方間的信息壁壘，實現橋梁設計信息化、建造工業化和運管智慧化,其總體架構如圖1所示。

3 BIM技術在智慧橋梁建設各階段的應用情況

3.1 智慧設計階段

智慧設計以BIM技術為核心，將BIM技術融入到設計的各個環節，從方案階段到初步設計階段，再到施工圖階段，不斷尋找傳統二維設計的難點、痛點，用BIM的思維探索新的解決方法。

1)可視化方案設計，縮短設計周期。利用BIM技術創建的三維地形地貌模型，可幫助設計人員準確分析橋梁與場地之間的關系，繼而完成三維空間規劃設計。直觀準確的三維可視化方案設計，幫助人們更詳細、更直觀、更準確地了解橋梁，解決了傳統二維方案設計中圖紙識讀工作量大、設計意圖表達不明確、設計意圖理解易出現偏差等一系列問題，減少了反復修改的次數，縮短了設計周期，節省了時間成本。

2)參數化設計，提高設計效率。參數化設計是BIM的核心技術，BIM模型的參數化程度決定了設計的智能化水平。智慧設計過程中，設計人員充分利用Revit軟件，完成參數化建模，提高結構構件的通用性和適用性。在此基礎上，調用Civil3D軟件中的線路設計信息(包含橋梁樁號、高程等信息)，與Revit軟件進行數據交互，構建Revit簇庫形式的橋梁構件庫。最后，設計人員從構件庫中調取相關構件，以“搭積木”的方式快速完成橋梁設計，建立直觀準確的三維橋梁信息模型，提高設計效率，實現標準化設計。

3)多專業協同設計，提高設計精度。智慧設計為基于BIM平臺的多專業協同設計。設計過程中，充分利用BIM技術的三維可視化功能，直觀展示橋梁各個構件的空間關系，實現不同專業的協同審查；同時，碰撞檢查功能可實現不同構件的碰撞檢查，解決了二維設計中的錯、漏、碰、缺問題，大幅度提高了設計精度，保證了設計質量。

4)精確的分析計算，確保橋梁安全性。智慧設計不僅可以提高設計效率和設計精度，而且可以實現BIM模型與有限元分析軟件的直接對接，快速、準確的完成橋梁結構分析計算，有效解決了傳統二維設計中模擬分析不夠準確的問題，確保了橋梁工程的安全性與穩定性。

3.2 智慧施工階段

智慧施工以BIM模型為數據支撐，充分利用聯網、大數據、云計算等新一代信息技術，努力打造數字化、工業化、智能化的施工模式，有效解決傳統施工中環境污染嚴重、效率低下、管理分散的問題[3]，真正實現綠色建造，保障施工安全，有效提高工程質量。

1)4D虛擬建造，優化施工方案。橋梁工程正式施工前，施工單位可利用BIM技術進行4D虛擬建造，及時發現施工中存在的問題，進一步優化施工技術方案，提高施工效率。同時，優化場地布置，確保構件有序進場，合理堆放，提升安全文明施工水平。2)數字化施工，提高施工效率。針對橋梁施工中的關鍵工序，使用智能化控制系統，開展數字化施工，減少人為干預，提高施工自動化水平。同時，借助互聯網、物聯網等技術，及時以數字化方式采集、分析、存儲施工過程中的關鍵數據和重要信息，實時把控施工質量，實現穩定施工質量與施工過程可追溯的目標。3)信息化管理，實現多維度管理。為彌補傳統項目管理的不足，依托BIM模型，構建基于互聯網的多維度信息化管理平臺。集成海量橋梁數據，筑起一道道施工紅線，智能發現異常指標，實時提醒管理人員，實現了橋梁施工的信息化管理，確保了施工質量、進度和成本的多維度控制。多維度信息化管理平臺的功能如表2所示。

表2 多維度信息化管理平臺功能

3.3 智慧管養階段

智慧管養充分利用BIM、物聯網、大數據等技術，開發橋梁健康監測系統，實時存儲檢測車、無人機、機器人等智能化檢測設備獲取的橋梁狀態參數，進行海量數據分析、識別與評估，實時掌握橋梁“服役”狀態，為管養及病害整治提供智慧化服務。

1)智慧化管養，提高管養水平。基于BIM技術的運維管理服務平臺，完成了橋梁設計、施工、運維三階段的數據信息集成，解決了傳統管理中信息分散、缺失等問題，實現了信息化管理。同時，將以人工巡檢為主的經驗型運維管理轉變為以數據為支持的智慧化精細管理，提升運維管理水平的智慧化和精細化程度，為實施更高效、更便捷的智慧運維管理提供了保障。2)可視化監測，提升管養質量。通過檢測車、無人機及機器人巡檢，及時采集橋梁狀態參數和病害信息，并實時上傳至橋梁健康監測系統，完成橋梁“全面體檢”，實現“體檢檔案”可持續追蹤。針對“體檢”中發現的病害，關聯相應的整治措施，形成完善的橋梁病害庫。對于新病害，可通過專家遠程“會診”的方式，形成“治療”方案，并及時導入病害庫，為后期同類病害的整治提供參考和借鑒。此外，BIM技術可直觀展示病害的位置和狀態，并可模擬預測病害的發展態勢，為病害預防和整治提供依據和幫助。3)災難模擬分析，為橋梁安全保駕護航。我國是一個自然災害頻發的國家，洪水、泥石流、地震等自然災害嚴重威脅著橋梁結構的安全。為此，充分利用BIM及相應災害分析模擬軟件，識別各種自然災害，模擬災害發生的過程，制定自然災害防治緊急預案，為橋梁安全保駕護航。同時，真實反映災后橋梁的狀態，為災后橋梁維修加固提供重要依據。

4 結語

智慧橋梁彌補了當前橋梁在設計、建造和運維三個階段存在的不足，提升了橋梁建設的信息化和智能化水平，促使橋梁向更智能、更安全、更耐久、更環保、更經濟的方向發展。橋梁大國終將成為橋梁強國，集智慧設計、智慧建造和智慧管養為一體的智慧橋梁是橋梁發展的必然趨勢。