公路橋梁監測中BIM技術的應用分析

胡林洲

（貴州宏信創達工程檢測咨詢有限公司，貴州貴陽 550000）

0 引言

公路橋梁作為連接不同地區的重要紐帶，其安全性非常重要。為確保公路橋梁的正常運行和安全性，監測公路橋梁結構和健康狀況至關重要。傳統公路橋梁監測方法存在一定的局限性，如監測數據的精度和實時性受限，監測成本高且人工干預較多。因此，需要一種更高效、精確和智能的方法進行公路橋梁監測，以及更好地進行公路橋梁維護和管理。建筑信息建模（BIM）技術是一種先進的數字化技術，已經在公路橋梁施工領域取得顯著效果。但是在公路橋梁監測環節，BIM 技術的應用需進一步完善。現有的研究主要集中在建設階段的BIM 應用，而對于公路橋梁的監測和維護，BIM 技術的潛力尚未得到充分發揮。因此，文章主要探究BIM 技術在公路橋梁監測方面的應用，以期推進公路橋梁養護工作的精細化開展，實現公路橋梁養護工程的穩定、高效運行。

1 公路橋梁工程的常見病害類型

1.1 公路橋梁工程裂縫問題

裂縫病害在公路橋梁中極為常見，因此應做好針對性的分析。公路橋梁的鋪裝層通常采用半剛性鋼筋混凝土結構，其對溫度比較敏感，易在較大溫差條件下出現病害。裂縫問題可能與所用材料質量有關，也可能與施工環境有關。

裂縫主要有收縮裂縫、溫度裂縫及徐變裂縫三種類型。收縮裂縫產生主要與混凝土前期凝結中水分分布不均有關，在結構不同部位拉力的作用下，使結構強度不斷下降，進而導致裂縫等病害。溫度裂縫的產生主要與混凝土材料受到溫度影響有關，在較大溫差影響下，混凝土結構會因熱脹冷縮出現裂縫等病害。徐變裂縫則與公路橋梁受到的載荷有關，隨著長期運行，結構會出現變形情況、產生較大的應力損失，進而降低結構的抗裂性能[1]。

1.2 鋼筋銹蝕與碳化

鋼筋結構中如果侵入空氣，在空氣中的水分的影響下，會出現鋼筋腐蝕情況，使混凝土的性能下降，整個結構的穩定性也會隨之降低，最終影響公路橋梁的整體性能。

受碳化影響的鋼筋表面顏色從原本的銀灰色或鐵色逐漸變為深灰色、黑色或帶有明顯的斑點。碳化過程會導致鋼筋表面腐蝕，表現為局部凹陷、坑洞或腐蝕斑點，會降低鋼筋的光滑度和表面質量；使鋼筋表面變得粗糙，失去原有的光滑度，增加鋼筋與混凝土之間的摩擦力；可能導致鋼筋截面減小、強度降低，影響鋼筋的承載能力。

1.3 墩臺基礎承載力不足

公路橋梁墩臺基礎承載力不足表現為公路橋梁墩臺在承受荷載時出現異常現象。

第一，墩臺沉陷或沉降不均勻。墩臺在承受荷載后出現下沉或沉降不均勻，使公路橋梁結構不再平穩，甚至可能導致結構傾斜。

第二，墩臺傾斜或變形。墩臺出現傾斜或非正常變形，破壞公路橋梁結構的水平和垂直平衡，對公路橋梁的穩定性構成威脅。

第三，墩臺裂縫。墩臺表面或結構內部出現裂縫，這些裂縫可能是墩臺承載能力不足引起的，會導致結構強度下降。

第四，墩臺基礎承載力不足可能導致整個公路橋梁結構出現非正常變形，影響公路橋梁的使用功能和通行安全。

墩臺基礎承載力不足是以下因素引起的：

第一，設計階段未充分考慮地基承載能力，導致基礎設計負載能力不足以承受實際荷載。

第二，地基土質問題。地基土質的不均勻性、松散性或土壤沉陷等問題可能導致墩臺基礎承載能力不足。

第三，長期荷載作用。公路橋梁長期承受荷載，可能導致墩臺基礎出現疲勞損傷，降低其承載能力。

第四，河流侵蝕。如果公路橋梁位于水域附近，河流侵蝕可能導致墩臺基礎土壤受到沖刷，進而降低承載能力。

2 BIM 技術在公路橋梁監測中的應用

第一，通過BIM 技術進行數字化建模。在系統中輸入幾何形狀、結構尺寸、構件布局等詳細信息，創造精確的公路橋梁三維模型，可為公路橋梁監測提供準確的基礎數據。

第二，BIM 技術能夠整合各種監測傳感器和設備（如位移傳感器、振動計、溫度計等）實時收集的公路橋梁結構各項數據，將其與BIM 模型關聯，實現對數據的集中管理和實時監測，進而為監測人員提供全面的信息，幫助其更準確地評估公路橋梁的物理狀態和結構性能。

第三，BIM 技術還支持預測性維護，通過歷史數據和實時監測結果分析，監測人員能夠預測公路橋梁可能出現的問題，如裂縫、腐蝕、變形等，同時BIM 技術的可視化分析工具，能使監測人員直觀地查看公路橋梁的狀態和問題，便于快速識別異常情況，從而優化維護計劃，提前采取措施，減少維修成本和延長公路橋梁的使用壽命。

第四，基于BIM 模型的數據和分析結果，相關人員可以制訂更科學的養護方案，以確保公路橋梁的安全性和穩定性。此外，BIM 技術還能夠整合文檔管理系統，將監測數據、維護記錄和工程文件與BIM 模型相關聯，建立全面的歷史記錄，監測人員能夠隨時查看公路橋梁健康狀況的變化過程，根據以往的問題和解決方案優化當前的養護方案[2]。

3 基于BIM 技術的公路橋梁監測系統的構建

應用BIM 技術構建監測系統，能夠有效提高數據收集、分析及安全評測的準確性，所呈現出的綜合效益也更為突出。

3.1 建設數字化建模

基于BIM 技術構建監測系統時，應基于公路橋梁的寬度、高度、跨度，墩臺的高度和尺寸等參數，創建精確的公路橋梁三維模型（見圖1），以直觀展示公路橋梁的外觀形狀、內部構造，包括梁、墩臺、支撐結構等，這種全面的模型能夠為監測人員提供綜合性的公路橋梁視圖，使監測人員能夠深入掌握公路橋梁的結構特點，通過直觀地查看公路橋梁的各個結構狀況，進而快速、準確地診斷公路橋梁的物理狀態。

圖1 BIM 模型圖

同時，隨著公路橋梁的使用和環境變化，公路橋梁的形態和結構可能發生微小的變化，這些變化可能在一定程度上影響公路橋梁的性能和安全性。監測人員可以根據實際情況實時更新模型，以準確反映公路橋梁的實際情況，確保模型的精確性，這種實時更新的能力使監測更加靈活、可靠。

3.2 數據收集與通信

在公路橋梁監測中，數據處理是一個至關重要的環節，它涵蓋信號處理、數據收集以及數據通信等關鍵方面。確保這些操作的穩定性和規范性對于保障監測數據的真實性和準確性至關重要，因此這些數據將為后續的養護工作提供有效的指導。

第一，信號處理在公路橋梁監測中扮演著關鍵角色。這一過程涉及對各種數據和信息，如攝像頭拍攝的照片或傳感器采集的數據等，進行放大、濾波和去噪等處理，信號處理能夠提取有用的信息，減少干擾，從而確保監測數據的質量。

第二，數據收集是監測工作的核心，這包括對數據進行采樣、存儲和管理的過程。不同類型的數據需要采取不同的采集方式，以確保數據的真實性和準確性，這些數據將用于后續的分析和應用，因此其采集過程必須嚴謹可靠。

第三，數據通信能夠確保監測數據的有序傳輸和共享，即按照既定的規范和時間節點及時地傳遞給相關方，以便進行進一步的分析和評估，為后續的決策提供支持。

在數據處理、數據收集和數據通信環節，需要注意以下要點：

第一，針對不同類型的監測數據采取適當的采集方式，以確保數據的真實性和準確性，滿足數據安全性等相關要求。

第二，必須確保用于收集數據的儀器和設備能夠適應多種不同的環境條件，具備持久穩定的運行能力，為公路橋梁養護工作提供可靠的數據支持。

3.3 數據處理與管理

應用特定的數據庫管理軟件完成對公路橋梁數據等信息的處理，主要涉及公路橋梁的地理位置和各類設計資料，還包括工程日常維護的信息等，這些是確保工程長效運行的重要基礎材料[3-4]。在數據處理與管理的具體操作過程中，應重點關注以下幾點：

一是對數據進行統一處理，相關的各項操作要科學、規范。

二是做好數據安全防護，特別是注意數據備份等，以免出現一些突發情況影響數據的安全性。

三是確保數據檢索等功能的穩定性，為后續的數據修改及更新等提供基礎保障。如此，數據應用會更為穩定、規范，應用效果也會更為理想。

3.4 綜合評估

綜合評估是根據得到的各項數據信息驗證公路橋梁結構的損傷情況，進而對公路橋梁的整體情況進行分析，這對高效推進工程養護有很大的參考價值。在綜合評估過程中應重點關注以下幾點：一是根據監測數據進行精細預測，為后續的病害防治提供指導；二是基于數據分析和驗證結果，準確評估公路橋梁的安全狀況。

3.5 公路橋梁監測系統構建技術要求

所構建的公路橋梁監測系統應具備數據采集、分析和傳送等多個方面的功能，以實現綜合應用效果。通常情況下，借助三維可視化軟件，可以實現人機互動，確保監測數據分析工作的規范開展。基于BIM 技術構建公路橋梁監測系統時，需要滿足以下技術要求：

第一，系統應提供數據更新的錄入接口，以實現對公路橋梁整體狀態的動態監測，為公路橋梁病害預測和防控提供支持。例如，如果公路橋梁出現裂縫等問題，系統可以自動發出警報信號，使相關工作人員能夠迅速采取針對性的措施，從而確保公路橋梁的整體維護工作能夠科學、規范地進行。

第二，借助三維仿真技術模擬公路橋梁結構的整體情況，進而為工程推進提供高質量的數據支持。通過三維模擬，監測系統能夠更準確地呈現公路橋梁的狀態，從而為決策提供更直觀、全面的信息[5]。

第三，融合多源數據包括傳感器監測數據、衛星遙感數據、氣象數據等。通過實時采集和集成這些數據，為監測人員提供更全面的信息資源。在數字模型的基礎上，各種數據層疊加呈現，監測人員可以通過交互界面輕松獲取各類監測數據，從而全面掌握公路橋梁的運行情況。

第四，提高系統的數據分析和預測能力。例如，基于歷史數據和實時監測數據，采用數據分析、機器學習和人工智能等技術，進行公路橋梁行為模擬和性能預測，這能幫助監測人員更精準地預測公路橋梁未來的狀態和健康狀況，及早發現潛在問題，提前制訂維護計劃。

第五，將復雜的監測數據以圖形、圖表、動畫模擬等形式呈現給監測人員。這種可視化方式使監測數據更加直觀，監測人員可以實時掌握公路橋梁的運行情況，掌握各種參數的變化趨勢。

第六，系統還應支持自定義數據查詢和報告生成，使數據更易于提取和分享。

4 結語

綜上所述，將BIM 技術應用于公路橋梁監測平臺構建，基于可視化和三維模型等技術的應用，能為公路橋梁養護施工提供相應的數據支持。為更好地發揮BIM 技術在公路橋梁監測中的作用，務必做好多項技術優化，以推進公路橋梁養護施工的高質量開展，提高養護工程的綜合效益。相信隨著相關技術的不斷優化，相應的公路橋梁養護工程必定會越來越科學、規范，更好地服務社會發展。