BIM在橋梁檢測中的應用可行性研究

（廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司，廣東廣州 510000）

1 BIM含義

BIM全稱Building Information Model，常被譯為建筑信息模型，可通過對工程項目信息的創建、整合、儲存與傳遞，連接工程項目規劃、設計、施工、運營的全壽命周期各階段，具有一體化、及時性、可視化的特點，實現對工程的高效規范管理。BIM具有的性質決定了BIM的應用是一系列BIM工具軟件的協同應用，工程項目完整生命周期涉及的各環節均有對應的軟件。BIM軟件可分為創建模型的軟件和利用模型的軟件，覆蓋了工程項目方案設計、綠色分析、算量造價、施工控制、運營管理等各方面需要的功能，發展到較為成熟的階段，通過與生產廠商的設計數據對接，可以實現數據化集成制造。

2 BIM應用現狀

BIM進入工程建筑行業后得到了業界廣泛認可，部分國家對BIM的應用已較為成熟。據統計，美國超過80%的建筑項目已應用BIM，并已更新多版BIM標準；俄羅斯政府工程已于2019年統一應用BIM技術；韓國全部公共工程于2016年實現了BIM應用。

我國自2003年引入BIM技術，陸續發布了多項政策鼓勵BIM發展，如住建部發布《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》中，將BIM列為建筑業重點推廣的5大信息技術之首；國務院2017年發布的《關于促進建筑業持續健康發展的意見》中提出加快推進BIM的集成應用。政策的推出提高了人們BIM的認知度，許多工程項目的業主開始積極探索對BIM的應用。但我國的BIM應用主要集中在大中型設計、施工單位的工程項目建設中，其在運營階段的應用并不廣泛，且多用于管道、電力工程施工項目，涉及范圍較小。

3 技術可行性分析

BIM在連接橋梁工程項目全壽命周期各階段中具有一套完整的管理框架，檢測在其中發揮作用的主要方式為將檢測結果信息植入對應模型，完成對橋梁的安全性評估。在BIM體系中，橋梁檢測新技術需求主要包括平臺支撐、橋梁建模、病害表達。橋梁檢測流程如圖1所示。

圖1 橋梁檢測流程

3.1 平臺支撐可行性

BIM新理念提出后，建設領域的相關公司創建了多個可應用的云平臺，例如Autodesk公司的Autodesk 360、BIM 360云平臺，法國達索系統公司的3DEXPERIENCE協同平臺。在國內重大工程項目中應用較多的是海凱德數值信息科技有限公司推出的DBWorld工程云平臺，該平臺具有工程協同管理、軟件虛擬化應用、內容大數據分析和項目眾包管理四大模塊，可滿足BIM體系中橋梁檢測對平臺的要求。

3.2 橋梁建模可行性

在相關政策推動下，新建項目從立項之初便采用了BIM技術，在設計階段建立了橋梁的三維幾何模型，檢測階段使用既有模型。大多數無模型的現有橋梁在采用BIM技術進行檢測時，需要檢測人員先行建立橋梁的三維幾何模型。考慮我國大部分橋梁由于年代久遠缺失設計資料、設計參數等，對于需要建模的橋梁常采用兩種建模方式：（1）參照橋梁設計圖紙進行常規三維建模；（2）利用儀器采集橋梁信息后進行三維重建。

3.2.1 常規三維建模

現階段，常用的BIM設計軟件均可參照設計圖紙實現建筑的常規三維建模，如Autodesk Revit、Bentley Power Civil等，基本建模步驟主要包括利用模型族創建實體、新建參照及對齊、賦予參數性質、創建尺寸標注。

在《預應力連續剛構橋梁BIM精細化建模實例》中，詳細分析了廣西崇左至靖西高速公路中胡潤一號大橋的模型構建，充分說明了基于BIM實現橋梁三維建模的可行性[1]。

3.2.2 三維重建

三維重建技術通過捕獲外界視覺信息進行信息處理，得到物體的三維信息[2]。如三維掃描儀可通過激光掃描法獲取物體幾何表面的點云，經過一系列處理插補成物體表面形狀，點云越密集，創建的三維模型越精確。以廣東省清遠市英德市人民大橋為例，利用三維掃描儀對該橋進行實景掃描后得到該橋某跨點云圖，經過內業工作處理和信息處理后得到物體的三維信息，完成三維重建，如圖2、圖3所示。

圖2 廣東清遠市英德市人民大橋部分跨掃描點云圖

圖3 廣東清遠市英德市人民大橋部分跨三維重建模型

3.3 病害表達可行性

橋梁病害的類型、數量、程度等反映了橋梁的運營基本現狀和未來服役趨勢，是構建橋梁工程項目全壽命周期中運營環節的基本需求。BIM的應用將實現橋梁病害信息表達的數字化、可視化，提出了兩大基本要求：

第一，實現病害信息的存儲及傳遞，2010年基于IFC標準的動態BIM數據庫研發后，基本得到了滿足。當前BIM開發軟件均支持IFC格式文件的讀取、輸出與共享。

第二，展示不同病害的幾何特征，包括位置、形狀、大小等。深入開發BIM建模軟件，在軟件已有三維模型上進行屬性賦予，生成病害標記；開發新軟件，僅用于進行BIM模型及病害特征的三維可視化表達。馬繼駿等[3]提出了一種依附構件幾何特征的橋梁病害信息表達技術，基本實現了病害信息在橋梁三維模型中的可視化表達，仿真表達建議病害或通過顏色、形狀完成病害的基本區分表達完全可行。此外，常用WebGL技術創建具有復雜3D結構的網站頁面，實現橋梁病害三維可視化。李成濤等[4]基于該技術開發了三維可視化軟件，實現了對裂縫、其他局部病害、構件損傷程度等病害信息的三維可視化展示，通過多次病害信息記錄，實現了病害歷史演化表達。

4 社會和經濟效益分析

4.1 傳統橋梁檢測

傳統橋梁檢測主要依靠橋梁檢測技術人員，通過檢測工具獲得檢測原始記錄后，分析得到檢測結果，最終形成檢測報告。該方式成本項目少，包括基本的人力（橋梁檢測技術人員、專職檔案管理人員）以及儀器設備、線下存儲空間等。但此類檢測方式存在檢測效率低、管理難度大等風險。

4.2 現有橋梁信息化檢測

橋梁信息化檢測是現有較為智能的檢測方式，除了基本的檢測人力成本，新增了橋梁檢測智能軟件開發、人員培訓等成本。信息化檢測提升了檢測的規范性和高效性，現場檢測設備智能化，生成二維數據模型，實現病害在二維化圖紙上的表達；檢測結果規范化，生成標準統一的檢測原始記錄、檢測報告；檢測數據信息化，可用于云端儲存、下載相關數據。

4.3 基于BIM的橋梁信息化檢測

基于BIM的信息化檢測成本項目與橋梁信息化檢測基本一致，BIM作為新型智能技術，其對開發、培訓的要求較高。基于BIM的信息化檢測提升了檢測的規范化、高效性，實現了病害的三維可視化表達和橋梁全生命期的信息化管理。從檢測成本的角度看，BIM的應用會增加相應的經濟成本，但BIM技術在實現工程現代化精準管理的過程中，可以高效把控工程質量、降低建設成本、完善運營資料、保障信息及時。因此，推廣BIM獲得的經濟效益最大。BIM技術可從技術上支持并推動更綠色高效的建筑業發展模式，將我國建筑業由傳統的高能耗、高污染的發展模式轉為低能耗、低污染的發展模式。

5 結語

現有的橋梁信息化檢測、BIM的橋梁信息化檢測均與行業發展密切相關。BIM在橋梁檢測中的應用已經具備了技術上的可行性，但其增加了經濟成本。通過其三維可視化等特點搶占檢測市場是否能夠獲得綜合效益的最大化，需要經過專業分析和市場驗證。