公路橋梁監(jiān)測中BIM技術(shù)的應(yīng)用分析

胡林洲

（貴州宏信創(chuàng)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(qū)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(jiān)測公路橋梁結(jié)構(gòu)和健康狀況至關(guān)重要。傳統(tǒng)公路橋梁監(jiān)測方法存在一定的局限性，如監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度和實時性受限，監(jiān)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(jiān)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(shù)是一種先進的數(shù)字化技術(shù)，已經(jīng)在公路橋梁施工領(lǐng)域取得顯著效果。但是在公路橋梁監(jiān)測環(huán)節(jié)，BIM 技術(shù)的應(yīng)用需進一步完善。現(xiàn)有的研究主要集中在建設(shè)階段的BIM 應(yīng)用，而對于公路橋梁的監(jiān)測和維護，BIM 技術(shù)的潛力尚未得到充分發(fā)揮。因此，文章主要探究BIM 技術(shù)在公路橋梁監(jiān)測方面的應(yīng)用，以期推進公路橋梁養(yǎng)護工作的精細化開展，實現(xiàn)公路橋梁養(yǎng)護工程的穩(wěn)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(yīng)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(jié)構(gòu)，其對溫度比較敏感，易在較大溫差條件下出現(xiàn)病害。裂縫問題可能與所用材料質(zhì)量有關(guān)，也可能與施工環(huán)境有關(guān)。

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(chǎn)生主要與混凝土前期凝結(jié)中水分分布不均有關(guān)，在結(jié)構(gòu)不同部位拉力的作用下，使結(jié)構(gòu)強度不斷下降，進而導致裂縫等病害。溫度裂縫的產(chǎn)生主要與混凝土材料受到溫度影響有關(guān)，在較大溫差影響下，混凝土結(jié)構(gòu)會因熱脹冷縮出現(xiàn)裂縫等病害。徐變裂縫則與公路橋梁受到的載荷有關(guān)，隨著長期運行，結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)變形情況、產(chǎn)生較大的應(yīng)力損失，進而降低結(jié)構(gòu)的抗裂性能[1]。

1.2 鋼筋銹蝕與碳化

鋼筋結(jié)構(gòu)中如果侵入空氣，在空氣中的水分的影響下，會出現(xiàn)鋼筋腐蝕情況，使混凝土的性能下降，整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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?yōu)樯罨疑⒑谏驇в忻黠@的斑點。碳化過程會導致鋼筋表面腐蝕，表現(xiàn)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(zhì)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(chǔ)承載力不足

公路橋梁墩臺基礎(chǔ)承載力不足表現(xiàn)為公路橋梁墩臺在承受荷載時出現(xiàn)異常現(xiàn)象。

第一，墩臺沉陷或沉降不均勻。墩臺在承受荷載后出現(xiàn)下沉或沉降不均勻，使公路橋梁結(jié)構(gòu)不再平穩(wěn)，甚至可能導致結(jié)構(gòu)傾斜。

第二，墩臺傾斜或變形。墩臺出現(xiàn)傾斜或非正常變形，破壞公路橋梁結(jié)構(gòu)的水平和垂直平衡，對公路橋梁的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

第三，墩臺裂縫。墩臺表面或結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)裂縫，這些裂縫可能是墩臺承載能力不足引起的，會導致結(jié)構(gòu)強度下降。

第四，墩臺基礎(chǔ)承載力不足可能導致整個公路橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)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(chǔ)承載力不足是以下因素引起的：

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

第二，地基土質(zhì)問題。地基土質(zhì)的不均勻性、松散性或土壤沉陷等問題可能導致墩臺基礎(chǔ)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(chǔ)出現(xiàn)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(chǔ)土壤受到?jīng)_刷，進而降低承載能力。

2 BIM 技術(shù)在公路橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用

第一，通過BIM 技術(shù)進行數(shù)字化建模。在系統(tǒng)中輸入幾何形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、構(gòu)件布局等詳細信息，創(chuàng)造精確的公路橋梁三維模型，可為公路橋梁監(jiān)測提供準確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

第二，BIM 技術(shù)能夠整合各種監(jiān)測傳感器和設(shè)備（如位移傳感器、振動計、溫度計等）實時收集的公路橋梁結(jié)構(gòu)各項數(shù)據(jù)，將其與BIM 模型關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的集中管理和實時監(jiān)測，進而為監(jiān)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(tài)和結(jié)構(gòu)性能。

第三，BIM 技術(shù)還支持預測性維護，通過歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測結(jié)果分析，監(jiān)測人員能夠預測公路橋梁可能出現(xiàn)的問題，如裂縫、腐蝕、變形等，同時BIM 技術(shù)的可視化分析工具，能使監(jiān)測人員直觀地查看公路橋梁的狀態(tài)和問題，便于快速識別異常情況，從而優(yōu)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(shù)據(jù)和分析結(jié)果，相關(guān)人員可以制訂更科學的養(yǎng)護方案，以確保公路橋梁的安全性和穩(wěn)定性。此外，BIM 技術(shù)還能夠整合文檔管理系統(tǒng)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)、維護記錄和工程文件與BIM 模型相關(guān)聯(lián)，建立全面的歷史記錄，監(jiān)測人員能夠隨時查看公路橋梁健康狀況的變化過程，根據(jù)以往的問題和解決方案優(yōu)化當前的養(yǎng)護方案[2]。

3 基于BIM 技術(shù)的公路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建

應(yīng)用BIM 技術(shù)構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)，能夠有效提高數(shù)據(jù)收集、分析及安全評測的準確性，所呈現(xiàn)出的綜合效益也更為突出。

3.1 建設(shè)數(shù)字化建模

基于BIM 技術(shù)構(gòu)建監(jiān)測系統(tǒng)時，應(yīng)基于公路橋梁的寬度、高度、跨度，墩臺的高度和尺寸等參數(shù)，創(chuàng)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(nèi)部構(gòu)造，包括梁、墩臺、支撐結(jié)構(gòu)等，這種全面的模型能夠為監(jiān)測人員提供綜合性的公路橋梁視圖，使監(jiān)測人員能夠深入掌握公路橋梁的結(jié)構(gòu)特點，通過直觀地查看公路橋梁的各個結(jié)構(gòu)狀況，進而快速、準確地診斷公路橋梁的物理狀態(tài)。

圖1 BIM 模型圖

同時，隨著公路橋梁的使用和環(huán)境變化，公路橋梁的形態(tài)和結(jié)構(gòu)可能發(fā)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(jiān)測人員可以根據(jù)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(jiān)測更加靈活、可靠。

3.2 數(shù)據(jù)收集與通信

在公路橋梁監(jiān)測中，數(shù)據(jù)處理是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它涵蓋信號處理、數(shù)據(jù)收集以及數(shù)據(jù)通信等關(guān)鍵方面。確保這些操作的穩(wěn)定性和規(guī)范性對于保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和準確性至關(guān)重要，因此這些數(shù)據(jù)將為后續(xù)的養(yǎng)護工作提供有效的指導。

第一，信號處理在公路橋梁監(jiān)測中扮演著關(guān)鍵角色。這一過程涉及對各種數(shù)據(jù)和信息，如攝像頭拍攝的照片或傳感器采集的數(shù)據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

第二，數(shù)據(jù)收集是監(jiān)測工作的核心，這包括對數(shù)據(jù)進行采樣、存儲和管理的過程。不同類型的數(shù)據(jù)需要采取不同的采集方式，以確保數(shù)據(jù)的真實性和準確性，這些數(shù)據(jù)將用于后續(xù)的分析和應(yīng)用，因此其采集過程必須嚴謹可靠。

第三，數(shù)據(jù)通信能夠確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的有序傳輸和共享，即按照既定的規(guī)范和時間節(jié)點及時地傳遞給相關(guān)方，以便進行進一步的分析和評估，為后續(xù)的決策提供支持。

在數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)通信環(huán)節(jié)，需要注意以下要點：

第一，針對不同類型的監(jiān)測數(shù)據(jù)采取適當?shù)牟杉绞剑源_保數(shù)據(jù)的真實性和準確性，滿足數(shù)據(jù)安全性等相關(guān)要求。

第二，必須確保用于收集數(shù)據(jù)的儀器和設(shè)備能夠適應(yīng)多種不同的環(huán)境條件，具備持久穩(wěn)定的運行能力，為公路橋梁養(yǎng)護工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.3 數(shù)據(jù)處理與管理

應(yīng)用特定的數(shù)據(jù)庫管理軟件完成對公路橋梁數(shù)據(jù)等信息的處理，主要涉及公路橋梁的地理位置和各類設(shè)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(chǔ)材料[3-4]。在數(shù)據(jù)處理與管理的具體操作過程中，應(yīng)重點關(guān)注以下幾點：

一是對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理，相關(guān)的各項操作要科學、規(guī)范。

二是做好數(shù)據(jù)安全防護，特別是注意數(shù)據(jù)備份等，以免出現(xiàn)一些突發(fā)情況影響數(shù)據(jù)的安全性。

三是確保數(shù)據(jù)檢索等功能的穩(wěn)定性，為后續(xù)的數(shù)據(jù)修改及更新等提供基礎(chǔ)保障。如此，數(shù)據(jù)應(yīng)用會更為穩(wěn)定、規(guī)范，應(yīng)用效果也會更為理想。

3.4 綜合評估

綜合評估是根據(jù)得到的各項數(shù)據(jù)信息驗證公路橋梁結(jié)構(gòu)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(yǎng)護有很大的參考價值。在綜合評估過程中應(yīng)重點關(guān)注以下幾點：一是根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行精細預測，為后續(xù)的病害防治提供指導；二是基于數(shù)據(jù)分析和驗證結(jié)果，準確評估公路橋梁的安全狀況。

3.5 公路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)要求

所構(gòu)建的公路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)采集、分析和傳送等多個方面的功能，以實現(xiàn)綜合應(yīng)用效果。通常情況下，借助三維可視化軟件，可以實現(xiàn)人機互動，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)分析工作的規(guī)范開展。基于BIM 技術(shù)構(gòu)建公路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)時，需要滿足以下技術(shù)要求：

第一，系統(tǒng)應(yīng)提供數(shù)據(jù)更新的錄入接口，以實現(xiàn)對公路橋梁整體狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)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(xiàn)裂縫等問題，系統(tǒng)可以自動發(fā)出警報信號，使相關(guān)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(guī)范地進行。

第二，借助三維仿真技術(shù)模擬公路橋梁結(jié)構(gòu)的整體情況，進而為工程推進提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。通過三維模擬，監(jiān)測系統(tǒng)能夠更準確地呈現(xiàn)公路橋梁的狀態(tài)，從而為決策提供更直觀、全面的信息[5]。

第三，融合多源數(shù)據(jù)包括傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等。通過實時采集和集成這些數(shù)據(jù)，為監(jiān)測人員提供更全面的信息資源。在數(shù)字模型的基礎(chǔ)上，各種數(shù)據(jù)層疊加呈現(xiàn)，監(jiān)測人員可以通過交互界面輕松獲取各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而全面掌握公路橋梁的運行情況。

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

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

第六，系統(tǒng)還應(yīng)支持自定義數(shù)據(jù)查詢和報告生成，使數(shù)據(jù)更易于提取和分享。

4 結(jié)語

綜上所述，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于公路橋梁監(jiān)測平臺構(gòu)建，基于可視化和三維模型等技術(shù)的應(yīng)用，能為公路橋梁養(yǎng)護施工提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。為更好地發(fā)揮BIM 技術(shù)在公路橋梁監(jiān)測中的作用，務(wù)必做好多項技術(shù)優(yōu)化，以推進公路橋梁養(yǎng)護施工的高質(zhì)量開展，提高養(yǎng)護工程的綜合效益。相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷優(yōu)化，相應(yīng)的公路橋梁養(yǎng)護工程必定會越來越科學、規(guī)范，更好地服務(wù)社會發(fā)展。