基于BIM技術的橋梁安全管理研究

琚英帥

關鍵詞：橋梁;安全管理;BIM技術;健康監測

1.引言

橋梁作為交通基礎設施的控制性結構物，其重要性不言而喻，在地區發展中可有效帶動周邊經濟發展，提高資源的配置效率。但是，近年來橋梁的安全問題也日益凸顯，橋梁垮塌的事故層出不斷，加強橋梁的安全管理是十分重要的，科學、高效地管理橋梁，了解橋梁各個階段的安全隱患，及時評估橋梁的安全性，己成為橋梁管理的重要內容。

2016年2月交科技發[2015]163號文件《交通運輸重大技術方向和技術政策》指出，要將BIM技術作為交通運輸十大技術方向之一。此文件的印發，從政策層面明確了BIM 技術在橋梁安全管理中的應用和發展方向，目前交通運輸行業BIM技術的應用還處于起步階段，在技術標準、核心軟件和人才儲備等方面都與發達國家存在較大差距，亟待依托重點領域，推動建立適應國際化要求的BIM應用技術、標準體系和支撐平臺，加快培育龍頭企業，搶占國際市場的制高點[1]。

2.傳統橋梁安全管理中的不足

目前，對于橋梁安全管理中的病害問題，往往采用人工檢測、自動監測方法進行，然后對這些檢測、監測的結果進行數據分析評估，然而，這些病害數據數據量大，稱其為海量也不為過，而且信息的集成化程度較低，容易造成信息在傳輸、存儲過程中丟失。對于橋梁檢測，現有的結構評估主要依賴人工目測或借助儀器設備獲得的信息進行。這種檢測評估方法往往受 限于檢查人員的經驗和知識水平，橋梁結構評估結果存在很大的局限性和人為主觀性，定性評估偏重，定量評估偏輕，許多具體的問題難以量化。橋梁設計和施工已經經過了多年發展，形成了較為成熟的方案和體系，橋梁結構的損傷識別尚處于發展初期階段，定性化的描述很難確定損傷情況，缺乏系統全局性，僅停留在單獨的構件方面的評估，其次，現有的人工檢測數據的存儲管理都是在用紙質的文檔進行存檔，這種純人工手動輸入的方法就行存儲，從系統管理方面來說，數據信息集成化、自動化水平太低;對于橋梁健康監測，有些橋梁雖說安裝了橋梁監測設備，但這些測點往往是孤立分散的，不能集中在一個三維可視化的模型上，如果想全面、直觀、自動評判橋梁的整體安全性，還是有一定的困難。

3.BIM技術的優勢

3.1技術優勢

BIM 技術的出現是工程行業信息化發展的必然結果，BIM技術自身具備以下幾個優勢：完美構建三維信息圖紙模型，減少構件碰撞，提升設計和施工質量;各專業整體互動，參數變化實時展現;可對模型各階段中的數據進行分析處理。

3.2管理優勢

BIM其實也是一種高效的管理思想和有利工具，不單單是一個基礎軟件或一項技術。BIM可以為各方人員提供一個工作交流的平臺，使得溝通交流更加直觀更加便捷，可在信息數據模型的基礎上提供管理行為平臺，兩者相互匹配，從本質上改變了管理理念，在管理模型上進行了創新;各階段的數字化三維模型可讓技術人員快速高效應用模型數據信息，對項目進行全面、系統的管理。

4.BIM 技術在橋梁安全管理中的應用

4.1BIM應用于橋梁檢測

BIM應用到橋梁檢測方面，可大大提高信息化水平，提高檢測評估的效率，利用BIM三維模型平臺進行檢測數據的交互，能夠從根本上改變信息存儲方式，代替之前大量紙質的檢測檔案，利用BIM技術可將檢測檔案電子化，統一化管理;建立三維模型后，通過數據交互，可實現橋梁的整體系統評估，減少了單獨構件評估的孤立性以及人為主觀性，做到定量化評估，系統化評估。

4.2BIM應用于橋梁健康監測

將BIM技術和橋梁健康監測進行結合，以現有的橋梁健康監測系統問題為出發點，構建BIM三維模型+橋梁健康監測系統，精確實現橋梁健康安全協同管理，是實現橋梁健康監測高效管理的有效手段[2]。

利用BIM三維模型，在其上布置傳感器測點，采集橋梁的各個監測指標信息，能夠最大化實現橋梁監測系統多個負責單位的協同參與和數據分析多方驗證。利用BIM三維模型遠程管理各個監測點，實現監測傳感器和監測點位的可視化管理，便于傳感器的統計分析以及監測數據的分析，根據構件的ID號和傳感器編號相結合，可快速定位測點位置和測點監測數據信息，根據提前設置的預警閾值，若現場發生構件或橋梁的突發結構變化，維修應急管理人員可快速通過BIM模型定位到發生損傷的構件，快速給出解決方案。BIM三維模型與橋梁健康監測系統相結合可完成監測測點的大數據統計，進行平臺數據網絡共享，及時傳遞分析后的結果，使橋梁各方管理者及時且真實地掌握橋梁的健康安全狀況。

4.3BIM應用于橋梁技術狀況評定

將橋梁病害模塊建立在橋梁綜合評定系統里，利用BIM技術對綜合評估系統中缺少或損壞的模塊進行賦值，具體的數據可以通過建立構件ID確定[3]。將BIM技術用到橋梁技術狀況評定系統中可以達到以下效果：

全自動評估。節約人力和物力，對于一座橋梁，由于它的構件眾多，病害種類也是各種各樣，隨著檢查次數的增加，評估工作量也越來越大，將投入大量的人力物力，做很多重復性的機械工作。融入BIM技術的評估系統可直接利用數據服務器進行海量數據的計算，可同時進行多座橋梁的評估，提高評估的實時性和評估效率。

評估管理精細化。以往的橋梁評估都是利用規范的計算公式對橋梁進行構件狀態評定，然而構件的評定標準很是模糊，缺乏明確的評定標準，分類也不清晰，人為根據經驗評定的結果往往有一定的主觀偏差性。基于BIM的橋梁病害缺損模型可以直觀形象的展示橋梁具體的損傷[4]，通過模型可以及時查看構件病害照片，利用BIM技術的模型識別，可以將病害損傷定量化，沿著時間順序，將橋梁病害特征值作為變量，進行相關性分析，構件關系模型。

病害損傷可溯源。利用BIM三維模型，橋梁病害損傷完全可以進行批量顯示，將構件病害損傷從三維模型模塊中提取出來，并結合時間軸進行4D變換和展示，各個時間段收集的病害圖片，這些圖片都可以追本溯源，可以長期記錄病害的整個變化過程，找出變化特征值和發展的各種規律，可以預測橋梁構件及整個結構的壽命，構建預測模型。與此同時，對于橋梁的維修和加固，BIM模型上所積累的數據能夠為決策提供輔助，更加準確地定制解決方案。

實現結果三維可視化管理。以往的橋梁整體技術狀況評估一般是根據規范等級劃分，以至于有些構件損傷很明顯，但是整體的評級卻不低，這就容易掩蓋橋梁的局部危險，而利用BIM的橋梁三維管理模型可以直觀看到構件的損傷情況，并且可以讓多方人員同時看到損傷實質，發揮多方參與評估的優勢，充分發揮可視化的最大效能;在橋梁健康監測評估方面，傳感器布置的優化和整個監測系統的優化都可以通過BIM可視化三維模型交互實現，綜合技術狀況評估時，可針對橋梁的重要部位，伸縮縫、支座等位移的變化可通過設置預警值，通過BIM模型里構件和數據顏色的變化，提示管理人員進行干預，有效實現整橋和局部構件的協同管理，精確評估，在BIM三維可視化的情景下，有效融合橋梁健康監測評估系統。

4.4BIM應用于橋梁長期安全管理

充分利用BIM的大數據挖掘分析能力，對橋梁長期安全管理策略的有效性進行分析，系統的數據累積，可以讓我們對橋梁長期安全管理的措施和管理制度進行實時追蹤，當管理目標水平提高時，可根據目標水平進行及時調整，最終使得橋梁安全管理水平、管理模式及時改善，隨著管理要求的提高，精細化管理和多樣化管理日趨完善，利用BIM技術可以高效配合精細化管理和多樣化管理。有效適配現代化的數據獲取模式，BIM技術以其強悍的數據挖掘分析能力，憑借三維可視化快速分析結果的表達效果，可多方位提升橋梁的長期安全管理水平，保證橋梁長期安全運行。

5.結語

由于BIM技術本身的特點，可視化、協同性、穩定性，將BIM技術與橋梁安全管理全面融合，將徹底改變橋梁安全管理的模式，實現全面系統信息化管理，明顯提升橋梁安全管理的效率和質量，大大節省人力、物力、財力，更加及時更加準確地發現橋梁的病害損傷，保障橋梁的結構健康和安全。

參考文獻：

[1] 汪玚.“十三五”交通運輸科技強交看這里[J].交通建設與管理，2017（12）：20-21.

[2] 耿方方，尹方舟，丁幼亮，等.基于BIM的橋梁健康監測系統研究[J].現代交通技術，2018（2）：35 一 38.

[3] 李旭梅. 基于BIM的橋梁安全評估管理系統研究[D].重慶大，2019. DOI ： 10.27670/d. cnki. gcqdu. 2019. 002767.

[4] 陳寧，馬志華，柏平，等. 基于BIM技術的橋梁病害信息三維可視化采集管理系統[J].中外公路，2017，37（1）：305-308