智慧桥梁施工管理中“数字化+物联网技术”理念应用

赵亮

（中国水利水电第七工程局有限公司）

1 提出背景

近年来，伴随着城市化建设进程不断加快，人们对城市交通的要求越来越高，不仅对其质量水平、安全程度及外形设计有了要求，甚至更加注重其智能化应用水平及为生产生活所带来的便利性。城市桥梁作为公共建筑，与人们的生产生活密切关联，尤其是在工业化发展的背景下，桥梁成为城市交通的生命通道、安全通道，承担着重要的运输职责，更是一个城市的发展名片和对外标志。

桥梁是基建不可或缺的交通组成部分，但是桥梁的异常、变形等状况在桥梁崩塌之前，凭借肉眼是很难甄别出来的。随着技术的发展，完全可以实现智慧桥梁，随时监测桥梁的安全，一旦异常，则立即短信、监控中心、微信、语音告警，同时现场警示。但从目前来看，数字化+物联网技术已经进入桥梁施工工程的各项管理活动当中，但是各个阶段还处于较为独立的状态，没有较好地实现贯通，信息不能有效共享，甚至在传递的过程中出现信息泄露现象，不利于桥梁全过程、全流程地高效管理。具体来说，在信息载体方面采用更多的是二维模型图纸，并不利于理解、储存、传递；在施工的具体工序上，没有完全利用高科技化、信息化的工具，造成施工的效率非常低下，更容易受到人为因素的制约和影响，导致各阶段、各工程队在施工中的信息沟通不流畅、协调处理能力滞后，施工问题频频发生。尤其是在后期的运营、管理、养护方面，存在“重建设，轻管理”的现象，更多采取人工运管的方式进行，而且检查的频率较低，无法真正实现有效动态监测管理，无法实时掌握及预测桥梁有关情况，对桥梁的故障预警、识别、维修等管理上存在很强的滞后性[1]。

2 智慧桥梁

2.1 数字化+物联网技术及BIM技术概述

目前，各行各业都已经开始提出数字化转型发展的理念。具体来说，就是发展新的技术，以物联网技术为代表，具备更佳的通信性能、感知性能、自动化性能、人工智能性能、云计算性能等，可以将大数据的收集、采集、清除、整合、处理、应用贯穿一体，真正发挥数据的有效价值和作用。其中，BIM技术就是一种应用于工程设计、建设、管理的数据化工具，它将“数字化+物联网技术”应用到建筑工程领域中，主要以三维图像为特征，利用数字化技术，建立符合实际、完整的建筑工程信息库，从而进行电脑辅助设计，提升工作效率、节约资源、降低建设成本，促进建筑行业的可持续发展。该技术具备可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特征。近年来，国家相继出台了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》等，都明确提出要加大BIM技术、大数据、云计算、人工智能等技术在建筑领域全过程、全寿命周期的创新应用，实现设计、建造、运行维护等阶段的信息互联互通，提高信息化检测的水平，推动建筑业产业链资源的有效配置[2]。尤其是伴随我国公路桥梁数目的不断增多，其结构会逐渐呈现出老化的状态，安全风险隐患会越来越大，因此，如何利用数字化、智慧化、网络化、电子化手段提升桥梁的运行与维护效率，降低或者消除桥梁事故隐患，进而确保桥梁质量稳定可靠，是我们当前研究的重点所在。

2.2 智慧桥梁相关概述

目前，数字化转型发展的理念已经广泛应用于各行各业，建筑领域也不例外，也开始朝着智慧化管理的方向进行发展。本文研究的是智慧桥梁，而所谓的智慧桥梁就是通过传统建设技术与智慧技术的融合发展，将标准性、智能性、绿色环保性作为标准，构建起全产业链条全生命周期的桥梁建设管理体系，建立开放性、集约型智慧桥梁协同管理平台系统。在运维阶段主要通过物联网、云计算、人工智能等新一代信息技术，打破各阶段、各部门、各主体之间的信息壁垒，进而进行全面感知、互联互通、分析融合、有效应用，对桥梁的运行与维护工作进行多方面、全过程的快速反应，进而确保桥梁安全[3]。当前，虽然我国在桥梁建设方面的资金投入非常大，但是在其后期的运行与维护方面所给予的关注度并不够，投入的费用是非常少的，而如果一些问题没有得到及时处理，如细小的裂缝、钢筋腐蚀等，长此以往就会使桥梁的结构遭到破坏，产生的损失也是无法预料的。此外，传统的桥梁运行与维护存在运维人员总体素质偏低、缺乏推广新技术动力、运维效率低下等问题。因此，桥梁在后期运行与维护阶段的管理至关重要，将BIM技术等数字化手段应用到该环节是显得尤为迫切。

3 BIM技术在智慧桥梁建设各阶段的应用情况

本文将研究的重点主要放在BIM技术在智慧桥梁运行与维护阶段的应用上，对设计、施工阶段也进行简要分析。

3.1 智慧设计阶段

在智慧设计阶段，先要依据国家及地方的相关设计建造标准，构建一套标准化、统一化的智慧桥梁BIM应用标准体系、过程性的操作指南，为后续各个阶段、流程的顺畅运行及管理打好坚实的基础。然后，对照桥梁二维设计图纸，借助BIM技术构建三维桥梁模型，主要任务就是通过参数化建模、构件库与模型库的构建、BIM与软件的对接等来实现桥梁设计的智慧化，可有效避免绘图的错误。然后，要将建成的BIM模型与相关联的第三方分析软件进行有效无缝对接，实现信息数据高质量、高速度的传递。

3.2 智慧施工阶段

首先，要建立临时工程。鉴于桥梁建设的位置特殊、环境复杂，可以结合BIM技术模型将桥梁结构和周边的环境等实际情况全部考虑进去，建好临时工程，为后续施工奠定好基础。其次，在桥梁施工前期，需要对管线进行迁改，可以充分利用BIM技术，在系统中构建一个专门的对外协调管线迁改部门，统筹安排好管线空间位置，制作管线三维图纸等，避免在施工过程中出现碰撞，加快施工进度。同时，预留好管线预埋孔洞。此外，提前设定好相关的专项管理制度，明确部门及人员职责、管线迁改的流程等，严格按照系统中的科学指导进行操作、录入，及时化解各个专业部门之间的矛盾，提升施工效率。然后，在施工前的交通组织方面，要通过BIM系统科学有效做好交通组织方案，要包含总体原则、编制依据、组织方案、交通安全保证措施、保持交通安全畅通的应急预案等，尽最大可能确保桥梁工程顺利按期完成。最后要依据规范标准，实现进度、安全、成本等施工信息的采集、存储、分析和反馈，对物料、设备等资源进行动态管控，获取有效施工信息，实现施工质量的追踪，并为竣工验收资料的交付提供基础。

3.3 智慧管养阶段

3.3.1 智慧系统建设阶段

要借助互联网、物联网和云计算技术，搭建基于车—线—桥的数字化管养系统，集成智能巡检、病害库和知识库管理等模块，建立数字孪生BIM桥梁资产模型，关联全量全要素的实时监测传感器数据，确保数据模型的可视化特征，比如可以完全实现对桥梁日景、夜景、图纸文档及属性信息的智能化管理。综合设计、施工、联调联试等信息，利用大数据技术对多源数据进行分析和深度挖掘。同时，要结合相关规范、标准，梳理并构建桥梁结构性能评价的基本指标体系，最终实现基于“状态修”的智慧管养体系。

3.3.2 智慧系统监测预警

要充分利用BIM技术，在科学评估的基础上，做好人工的巡检、问题库的建立、专家的会商、动态的维修加固等工作，确保建造好桥梁，实现智慧、高效、科学地运营。最重要的就是要做好远程智能监测预警工作，在传感器数据趋势分析、传感器状态监测预警、AI智能报警、问题快速定位、辅助运维决策方面下足功夫。要利用大数据技术对桥梁的日常运营数据进行精准收集、分析、处理，做到科学有效评估。一方面，可以充分利用三维模型进行漫游审查，通过第三人视角及时发现桥梁运行缺陷和问题，加快弥补。另一方面，在人工巡检方面，要在相关部门现场检查的过程中运用智能设备做好数据收集、动态及时上传，及时精准发现桥梁问题。在建立问题库方面，要对收集回来的问题进行科学有效的划分，有层次性、针对性、流程性地进行个性化处理，明确职责分工，按照轻重缓急、有条不紊地原则进行维修加固管护。针对一些疑难杂症，可以通过专家远程会诊的方式，及时协商解决，并形成良性循环。同时，结合规范标准，构建智慧管养体系。

3.3.3 智慧交通流量疏导与辅助执法

数字化技术除了实现对智慧桥梁的基本运维效果，还能对经过桥梁的实时车流量进行监测统计，对虚拟车流进行逼真还原，一旦车流超限就会立即出现报警信号，在桥梁道路出现拥堵的情况下，也会出现预警信号，确保桥梁的交通流量控制在合理的范围之内，进一步提高人们的交通便利性及生活满意度。此外，通过桥梁上的线圈称重和可视化监控等技术，动态发现桥梁上的违章违法损害桥梁的行为，通过对监控和数据的分析，及时组织和调度桥梁管理执法力量，开展联合执法，对相关违法违规行为进行查处，真正筑牢桥梁安全屏障，进一步保障桥梁的健康运行。

4 结语

综上所述，在交通业迅速发展的今天，人们的出行需求越来越多，对桥梁的质量安全、美观效果有了更高的要求。为了进一步促进我国桥梁行业的健康发展，就必须走智慧桥梁的道路，充分应用BIM等“数据化+物联网技术”，贯穿于桥梁设计、建造到运维管理整个阶段，尤其是运维管理阶段，从而助力我国实现从桥梁大国向桥梁强国的跃升。