BIM技術在智慧橋梁中的應用

滿 吉 芳

(遼寧鐵道職業(yè)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(yè)的快速發(fā)展，我國橋梁建設取得了長足的發(fā)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(xié)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(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術與傳統(tǒng)橋梁產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新體系[1]，大力推廣和發(fā)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(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進信息技術為手段，從項目全生命周期角度出發(fā)，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(xié)同管理平臺，以實現(xiàn)橋梁可視化協(xié)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(huán)保、更經(jīng)濟的方向發(fā)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(xié)同管理平臺，打通設計、施工、運管三方間的信息壁壘，實現(xiàn)橋梁設計信息化、建造工業(yè)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(huán)節(jié)，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(tǒng)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(chuàng)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(guī)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(tǒng)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(xiàn)偏差等一系列問題，減少了反復修改的次數(shù)，縮短了設計周期，節(jié)省了時間成本。

2)參數(shù)化設計，提高設計效率。參數(shù)化設計是BIM的核心技術，BIM模型的參數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(xiàn)標準化設計。

3)多專業(yè)協(xié)同設計，提高設計精度。智慧設計為基于BIM平臺的多專業(yè)協(xié)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(xiàn)不同專業(yè)的協(xié)同審查；同時，碰撞檢查功能可實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(wěn)定性。

3.2 智慧施工階段

智慧施工以BIM模型為數(shù)據(jù)支撐，充分利用聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術，努力打造數(shù)字化、工業(yè)化、智能化的施工模式，有效解決傳統(tǒng)施工中環(huán)境污染嚴重、效率低下、管理分散的問題[3]，真正實現(xiàn)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(yōu)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(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，進一步優(yōu)化施工技術方案，提高施工效率。同時，優(yōu)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(shù)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(tǒng)，開展數(shù)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(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術，及時以數(shù)字化方式采集、分析、存儲施工過程中的關鍵數(shù)據(jù)和重要信息，實時把控施工質量，實現(xiàn)穩(wěn)定施工質量與施工過程可追溯的目標。3)信息化管理，實現(xiàn)多維度管理。為彌補傳統(tǒng)項目管理的不足，依托BIM模型，構建基于互聯(lián)網(wǎng)的多維度信息化管理平臺。集成海量橋梁數(shù)據(jù)，筑起一道道施工紅線，智能發(fā)現(xiàn)異常指標，實時提醒管理人員，實現(xiàn)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(yǎng)階段

智慧管養(yǎng)充分利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術，開發(fā)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，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(tài)參數(shù)，進行海量數(shù)據(jù)分析、識別與評估，實時掌握橋梁“服役”狀態(tài)，為管養(yǎng)及病害整治提供智慧化服務。

1)智慧化管養(yǎng)，提高管養(yǎng)水平?；贐IM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(shù)據(jù)信息集成，解決了傳統(tǒng)管理中信息分散、缺失等問題，實現(xiàn)了信息化管理。同時，將以人工巡檢為主的經(jīng)驗型運維管理轉變?yōu)橐詳?shù)據(jù)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(jiān)測，提升管養(yǎng)質量。通過檢測車、無人機及機器人巡檢，及時采集橋梁狀態(tài)參數(shù)和病害信息，并實時上傳至橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，完成橋梁“全面體檢”，實現(xiàn)“體檢檔案”可持續(xù)追蹤。針對“體檢”中發(fā)現(xiàn)的病害，關聯(lián)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(tài)，并可模擬預測病害的發(fā)展態(tài)勢，為病害預防和整治提供依據(jù)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(fā)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(fā)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(tài)，為災后橋梁維修加固提供重要依據(jù)。

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(huán)保、更經(jīng)濟的方向發(fā)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(yǎng)為一體的智慧橋梁是橋梁發(fā)展的必然趨勢。