BIM技术在智慧桥梁中的应用

满 吉 芳

(辽宁铁道职业技术学院，辽宁 锦州 121000)

1 提出背景

随着科学技术的不断进步和交通运输事业的快速发展，我国桥梁建设取得了长足的发展，先后建成了青岛海湾大桥、南京大胜关长江大桥、港珠澳大桥等一大批世界级水平的桥梁，成为了世界第一桥梁大国。但与国际先进水平相比，在设计协同化、建造信息化和运管智能化方面还存在着一定的差距。为弥补当前桥梁在设计、建造和运管三个阶段存在的不足，完成由桥梁大国向桥梁强国的历史性跨越，我国众多学者多年来一直致力于智慧桥梁的研究，不断加强BIM、物联网、人工智能等新一代信息技术与传统桥梁产业的深度融合，努力打造标准化、信息化、智能化的智慧桥梁全产业链创新体系[1]，大力推广和发展集智慧设计、智慧建造和智慧运维于一体的智慧桥梁。

2 智慧桥梁

智慧桥梁以BIM技术为核心，以物联网、大数据等先进信息技术为手段，从项目全生命周期角度出发，搭建面向建设单位、设计单位、施工单位和运管单位的桥梁协同管理平台，以实现桥梁可视化协同设计、信息化施工建造和智能化运管服务，提升桥梁建设的信息化和智能化水平，促使桥梁向更智能、更安全、更耐久、更环保、更经济的方向发展[2]。智慧桥梁的典型特征和主要功能见表1。

表1 智慧桥梁的典型特征和主要功能

智慧桥梁以BIM技术为支撑，以实际应用为目标，充分利用新一代信息技术，构建协同管理平台，打通设计、施工、运管三方间的信息壁垒，实现桥梁设计信息化、建造工业化和运管智慧化,其总体架构如图1所示。

3 BIM技术在智慧桥梁建设各阶段的应用情况

3.1 智慧设计阶段

智慧设计以BIM技术为核心，将BIM技术融入到设计的各个环节，从方案阶段到初步设计阶段，再到施工图阶段，不断寻找传统二维设计的难点、痛点，用BIM的思维探索新的解决方法。

1)可视化方案设计，缩短设计周期。利用BIM技术创建的三维地形地貌模型，可帮助设计人员准确分析桥梁与场地之间的关系，继而完成三维空间规划设计。直观准确的三维可视化方案设计，帮助人们更详细、更直观、更准确地了解桥梁，解决了传统二维方案设计中图纸识读工作量大、设计意图表达不明确、设计意图理解易出现偏差等一系列问题，减少了反复修改的次数，缩短了设计周期，节省了时间成本。

2)参数化设计，提高设计效率。参数化设计是BIM的核心技术，BIM模型的参数化程度决定了设计的智能化水平。智慧设计过程中，设计人员充分利用Revit软件，完成参数化建模，提高结构构件的通用性和适用性。在此基础上，调用Civil3D软件中的线路设计信息(包含桥梁桩号、高程等信息)，与Revit软件进行数据交互，构建Revit簇库形式的桥梁构件库。最后，设计人员从构件库中调取相关构件，以“搭积木”的方式快速完成桥梁设计，建立直观准确的三维桥梁信息模型，提高设计效率，实现标准化设计。

3)多专业协同设计，提高设计精度。智慧设计为基于BIM平台的多专业协同设计。设计过程中，充分利用BIM技术的三维可视化功能，直观展示桥梁各个构件的空间关系，实现不同专业的协同审查；同时，碰撞检查功能可实现不同构件的碰撞检查，解决了二维设计中的错、漏、碰、缺问题，大幅度提高了设计精度，保证了设计质量。

4)精确的分析计算，确保桥梁安全性。智慧设计不仅可以提高设计效率和设计精度，而且可以实现BIM模型与有限元分析软件的直接对接，快速、准确的完成桥梁结构分析计算，有效解决了传统二维设计中模拟分析不够准确的问题，确保了桥梁工程的安全性与稳定性。

3.2 智慧施工阶段

智慧施工以BIM模型为数据支撑，充分利用联网、大数据、云计算等新一代信息技术，努力打造数字化、工业化、智能化的施工模式，有效解决传统施工中环境污染严重、效率低下、管理分散的问题[3]，真正实现绿色建造，保障施工安全，有效提高工程质量。

1)4D虚拟建造，优化施工方案。桥梁工程正式施工前，施工单位可利用BIM技术进行4D虚拟建造，及时发现施工中存在的问题，进一步优化施工技术方案，提高施工效率。同时，优化场地布置，确保构件有序进场，合理堆放，提升安全文明施工水平。2)数字化施工，提高施工效率。针对桥梁施工中的关键工序，使用智能化控制系统，开展数字化施工，减少人为干预，提高施工自动化水平。同时，借助互联网、物联网等技术，及时以数字化方式采集、分析、存储施工过程中的关键数据和重要信息，实时把控施工质量，实现稳定施工质量与施工过程可追溯的目标。3)信息化管理，实现多维度管理。为弥补传统项目管理的不足，依托BIM模型，构建基于互联网的多维度信息化管理平台。集成海量桥梁数据，筑起一道道施工红线，智能发现异常指标，实时提醒管理人员，实现了桥梁施工的信息化管理，确保了施工质量、进度和成本的多维度控制。多维度信息化管理平台的功能如表2所示。

表2 多维度信息化管理平台功能

3.3 智慧管养阶段

智慧管养充分利用BIM、物联网、大数据等技术，开发桥梁健康监测系统，实时存储检测车、无人机、机器人等智能化检测设备获取的桥梁状态参数，进行海量数据分析、识别与评估，实时掌握桥梁“服役”状态，为管养及病害整治提供智慧化服务。

1)智慧化管养，提高管养水平。基于BIM技术的运维管理服务平台，完成了桥梁设计、施工、运维三阶段的数据信息集成，解决了传统管理中信息分散、缺失等问题，实现了信息化管理。同时，将以人工巡检为主的经验型运维管理转变为以数据为支持的智慧化精细管理，提升运维管理水平的智慧化和精细化程度，为实施更高效、更便捷的智慧运维管理提供了保障。2)可视化监测，提升管养质量。通过检测车、无人机及机器人巡检，及时采集桥梁状态参数和病害信息，并实时上传至桥梁健康监测系统，完成桥梁“全面体检”，实现“体检档案”可持续追踪。针对“体检”中发现的病害，关联相应的整治措施，形成完善的桥梁病害库。对于新病害，可通过专家远程“会诊”的方式，形成“治疗”方案，并及时导入病害库，为后期同类病害的整治提供参考和借鉴。此外，BIM技术可直观展示病害的位置和状态，并可模拟预测病害的发展态势，为病害预防和整治提供依据和帮助。3)灾难模拟分析，为桥梁安全保驾护航。我国是一个自然灾害频发的国家，洪水、泥石流、地震等自然灾害严重威胁着桥梁结构的安全。为此，充分利用BIM及相应灾害分析模拟软件，识别各种自然灾害，模拟灾害发生的过程，制定自然灾害防治紧急预案，为桥梁安全保驾护航。同时，真实反映灾后桥梁的状态，为灾后桥梁维修加固提供重要依据。

4 结语

智慧桥梁弥补了当前桥梁在设计、建造和运维三个阶段存在的不足，提升了桥梁建设的信息化和智能化水平，促使桥梁向更智能、更安全、更耐久、更环保、更经济的方向发展。桥梁大国终将成为桥梁强国，集智慧设计、智慧建造和智慧管养为一体的智慧桥梁是桥梁发展的必然趋势。