基于BIM技术的桥梁安全管理研究

琚英帅

关键词：桥梁;安全管理;BIM技术;健康监测

1.引言

桥梁作为交通基础设施的控制性结构物，其重要性不言而喻，在地区发展中可有效带动周边经济发展，提高资源的配置效率。但是，近年来桥梁的安全问题也日益凸显，桥梁垮塌的事故层出不断，加强桥梁的安全管理是十分重要的，科学、高效地管理桥梁，了解桥梁各个阶段的安全隐患，及时评估桥梁的安全性，己成为桥梁管理的重要内容。

2016年2月交科技发[2015]163号文件《交通运输重大技术方向和技术政策》指出，要将BIM技术作为交通运输十大技术方向之一。此文件的印发，从政策层面明确了BIM 技术在桥梁安全管理中的应用和发展方向，目前交通运输行业BIM技术的应用还处于起步阶段，在技术标准、核心软件和人才储备等方面都与发达国家存在较大差距，亟待依托重点领域，推动建立适应国际化要求的BIM应用技术、标准体系和支撑平台，加快培育龙头企业，抢占国际市场的制高点[1]。

2.传统桥梁安全管理中的不足

目前，对于桥梁安全管理中的病害问题，往往采用人工检测、自动监测方法进行，然后对这些检测、监测的结果进行数据分析评估，然而，这些病害数据数据量大，称其为海量也不为过，而且信息的集成化程度较低，容易造成信息在传输、存储过程中丢失。对于桥梁检测，现有的结构评估主要依赖人工目测或借助仪器设备获得的信息进行。这种检测评估方法往往受 限于检查人员的经验和知识水平，桥梁结构评估结果存在很大的局限性和人为主观性，定性评估偏重，定量评估偏轻，许多具体的问题难以量化。桥梁设计和施工已经经过了多年发展，形成了较为成熟的方案和体系，桥梁结构的损伤识别尚处于发展初期阶段，定性化的描述很难确定损伤情况，缺乏系统全局性，仅停留在单独的构件方面的评估，其次，现有的人工检测数据的存储管理都是在用纸质的文档进行存档，这种纯人工手动输入的方法就行存储，从系统管理方面来说，数据信息集成化、自动化水平太低;对于桥梁健康监测，有些桥梁虽说安装了桥梁监测设备，但这些测点往往是孤立分散的，不能集中在一个三维可视化的模型上，如果想全面、直观、自动评判桥梁的整体安全性，还是有一定的困难。

3.BIM技术的优势

3.1技术优势

BIM 技术的出现是工程行业信息化发展的必然结果，BIM技术自身具备以下几个优势：完美构建三维信息图纸模型，减少构件碰撞，提升设计和施工质量;各专业整体互动，参数变化实时展现;可对模型各阶段中的数据进行分析处理。

3.2管理优势

BIM其实也是一种高效的管理思想和有利工具，不单单是一个基础软件或一项技术。BIM可以为各方人员提供一个工作交流的平台，使得沟通交流更加直观更加便捷，可在信息数据模型的基础上提供管理行为平台，两者相互匹配，从本质上改变了管理理念，在管理模型上进行了创新;各阶段的数字化三维模型可让技术人员快速高效应用模型数据信息，对项目进行全面、系统的管理。

4.BIM 技术在桥梁安全管理中的应用

4.1BIM应用于桥梁检测

BIM应用到桥梁检测方面，可大大提高信息化水平，提高检测评估的效率，利用BIM三维模型平台进行检测数据的交互，能够从根本上改变信息存储方式，代替之前大量纸质的检测档案，利用BIM技术可将检测档案电子化，统一化管理;建立三维模型后，通过数据交互，可实现桥梁的整体系统评估，减少了单独构件评估的孤立性以及人为主观性，做到定量化评估，系统化评估。

4.2BIM应用于桥梁健康监测

将BIM技术和桥梁健康监测进行结合，以现有的桥梁健康监测系统问题为出发点，构建BIM三维模型+桥梁健康监测系统，精确实现桥梁健康安全协同管理，是实现桥梁健康监测高效管理的有效手段[2]。

利用BIM三维模型，在其上布置传感器测点，采集桥梁的各个监测指标信息，能够最大化实现桥梁监测系统多个负责单位的协同参与和数据分析多方验证。利用BIM三维模型远程管理各个监测点，实现监测传感器和监测点位的可视化管理，便于传感器的统计分析以及监测数据的分析，根据构件的ID号和传感器编号相结合，可快速定位测点位置和测点监测数据信息，根据提前设置的预警阈值，若现场发生构件或桥梁的突发结构变化，维修应急管理人员可快速通过BIM模型定位到发生损伤的构件，快速给出解决方案。BIM三维模型与桥梁健康监测系统相结合可完成监测测点的大数据统计，进行平台数据网络共享，及时传递分析后的结果，使桥梁各方管理者及时且真实地掌握桥梁的健康安全状况。

4.3BIM应用于桥梁技术状况评定

将桥梁病害模块建立在桥梁综合评定系统里，利用BIM技术对综合评估系统中缺少或损坏的模块进行赋值，具体的数据可以通过建立构件ID确定[3]。将BIM技术用到桥梁技术状况评定系统中可以达到以下效果：

全自动评估。节约人力和物力，对于一座桥梁，由于它的构件众多，病害种类也是各种各样，随着检查次数的增加，评估工作量也越来越大，将投入大量的人力物力，做很多重复性的机械工作。融入BIM技术的评估系统可直接利用数据服务器进行海量数据的计算，可同时进行多座桥梁的评估，提高评估的实时性和评估效率。

评估管理精细化。以往的桥梁评估都是利用规范的计算公式对桥梁进行构件状态评定，然而构件的评定标准很是模糊，缺乏明确的评定标准，分类也不清晰，人为根据经验评定的结果往往有一定的主观偏差性。基于BIM的桥梁病害缺损模型可以直观形象的展示桥梁具体的损伤[4]，通过模型可以及时查看构件病害照片，利用BIM技术的模型识别，可以将病害损伤定量化，沿着时间顺序，将桥梁病害特征值作为变量，进行相关性分析，构件关系模型。

病害损伤可溯源。利用BIM三维模型，桥梁病害损伤完全可以进行批量显示，将构件病害损伤从三维模型模块中提取出来，并结合时间轴进行4D变换和展示，各个时间段收集的病害图片，这些图片都可以追本溯源，可以长期记录病害的整个变化过程，找出变化特征值和发展的各种规律，可以预测桥梁构件及整个结构的寿命，构建预测模型。与此同时，对于桥梁的维修和加固，BIM模型上所积累的数据能够为决策提供辅助，更加准确地定制解决方案。

实现结果三维可视化管理。以往的桥梁整体技术状况评估一般是根据规范等级划分，以至于有些构件损伤很明显，但是整体的评级却不低，这就容易掩盖橋梁的局部危险，而利用BIM的桥梁三维管理模型可以直观看到构件的损伤情况，并且可以让多方人员同时看到损伤实质，发挥多方参与评估的优势，充分发挥可视化的最大效能;在桥梁健康监测评估方面，传感器布置的优化和整个监测系统的优化都可以通过BIM可视化三维模型交互实现，综合技术状况评估时，可针对桥梁的重要部位，伸缩缝、支座等位移的变化可通过设置预警值，通过BIM模型里构件和数据颜色的变化，提示管理人员进行干预，有效实现整桥和局部构件的协同管理，精确评估，在BIM三维可视化的情景下，有效融合桥梁健康监测评估系统。

4.4BIM应用于桥梁长期安全管理

充分利用BIM的大数据挖掘分析能力，对桥梁长期安全管理策略的有效性进行分析，系统的数据累积，可以让我们对桥梁长期安全管理的措施和管理制度进行实时追踪，当管理目标水平提高时，可根据目标水平进行及时调整，最终使得桥梁安全管理水平、管理模式及时改善，随着管理要求的提高，精细化管理和多样化管理日趋完善，利用BIM技术可以高效配合精细化管理和多样化管理。有效适配现代化的数据获取模式，BIM技术以其强悍的数据挖掘分析能力，凭借三维可视化快速分析结果的表达效果，可多方位提升桥梁的长期安全管理水平，保证桥梁长期安全运行。

5.结语

由于BIM技术本身的特点，可视化、协同性、稳定性，将BIM技术与桥梁安全管理全面融合，将彻底改变桥梁安全管理的模式，实现全面系统信息化管理，明显提升桥梁安全管理的效率和质量，大大节省人力、物力、财力，更加及时更加准确地发现桥梁的病害损伤，保障桥梁的结构健康和安全。

参考文献：

[1] 汪玚.“十三五”交通运输科技强交看这里[J].交通建设与管理，2017（12）：20-21.

[2] 耿方方，尹方舟，丁幼亮，等.基于BIM的桥梁健康监测系统研究[J].现代交通技术，2018（2）：35 一 38.

[3] 李旭梅. 基于BIM的桥梁安全评估管理系统研究[D].重庆大，2019. DOI ： 10.27670/d. cnki. gcqdu. 2019. 002767.

[4] 陈宁，马志华，柏平，等. 基于BIM技术的桥梁病害信息三维可视化采集管理系统[J].中外公路，2017，37（1）：305-308