公路桥梁监测中BIM技术的应用分析

胡林洲

（贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州贵阳 550000）

0 引言

公路桥梁作为连接不同地区的重要纽带，其安全性非常重要。为确保公路桥梁的正常运行和安全性，监测公路桥梁结构和健康状况至关重要。传统公路桥梁监测方法存在一定的局限性，如监测数据的精度和实时性受限，监测成本高且人工干预较多。因此，需要一种更高效、精确和智能的方法进行公路桥梁监测，以及更好地进行公路桥梁维护和管理。建筑信息建模（BIM）技术是一种先进的数字化技术，已经在公路桥梁施工领域取得显著效果。但是在公路桥梁监测环节，BIM 技术的应用需进一步完善。现有的研究主要集中在建设阶段的BIM 应用，而对于公路桥梁的监测和维护，BIM 技术的潜力尚未得到充分发挥。因此，文章主要探究BIM 技术在公路桥梁监测方面的应用，以期推进公路桥梁养护工作的精细化开展，实现公路桥梁养护工程的稳定、高效运行。

1 公路桥梁工程的常见病害类型

1.1 公路桥梁工程裂缝问题

裂缝病害在公路桥梁中极为常见，因此应做好针对性的分析。公路桥梁的铺装层通常采用半刚性钢筋混凝土结构，其对温度比较敏感，易在较大温差条件下出现病害。裂缝问题可能与所用材料质量有关，也可能与施工环境有关。

裂缝主要有收缩裂缝、温度裂缝及徐变裂缝三种类型。收缩裂缝产生主要与混凝土前期凝结中水分分布不均有关，在结构不同部位拉力的作用下，使结构强度不断下降，进而导致裂缝等病害。温度裂缝的产生主要与混凝土材料受到温度影响有关，在较大温差影响下，混凝土结构会因热胀冷缩出现裂缝等病害。徐变裂缝则与公路桥梁受到的载荷有关，随着长期运行，结构会出现变形情况、产生较大的应力损失，进而降低结构的抗裂性能[1]。

1.2 钢筋锈蚀与碳化

钢筋结构中如果侵入空气，在空气中的水分的影响下，会出现钢筋腐蚀情况，使混凝土的性能下降，整个结构的稳定性也会随之降低，最终影响公路桥梁的整体性能。

受碳化影响的钢筋表面颜色从原本的银灰色或铁色逐渐变为深灰色、黑色或带有明显的斑点。碳化过程会导致钢筋表面腐蚀，表现为局部凹陷、坑洞或腐蚀斑点，会降低钢筋的光滑度和表面质量；使钢筋表面变得粗糙，失去原有的光滑度，增加钢筋与混凝土之间的摩擦力；可能导致钢筋截面减小、强度降低，影响钢筋的承载能力。

1.3 墩台基础承载力不足

公路桥梁墩台基础承载力不足表现为公路桥梁墩台在承受荷载时出现异常现象。

第一，墩台沉陷或沉降不均匀。墩台在承受荷载后出现下沉或沉降不均匀，使公路桥梁结构不再平稳，甚至可能导致结构倾斜。

第二，墩台倾斜或变形。墩台出现倾斜或非正常变形，破坏公路桥梁结构的水平和垂直平衡，对公路桥梁的稳定性构成威胁。

第三，墩台裂缝。墩台表面或结构内部出现裂缝，这些裂缝可能是墩台承载能力不足引起的，会导致结构强度下降。

第四，墩台基础承载力不足可能导致整个公路桥梁结构出现非正常变形，影响公路桥梁的使用功能和通行安全。

墩台基础承载力不足是以下因素引起的：

第一，设计阶段未充分考虑地基承载能力，导致基础设计负载能力不足以承受实际荷载。

第二，地基土质问题。地基土质的不均匀性、松散性或土壤沉陷等问题可能导致墩台基础承载能力不足。

第三，长期荷载作用。公路桥梁长期承受荷载，可能导致墩台基础出现疲劳损伤，降低其承载能力。

第四，河流侵蚀。如果公路桥梁位于水域附近，河流侵蚀可能导致墩台基础土壤受到冲刷，进而降低承载能力。

2 BIM 技术在公路桥梁监测中的应用

第一，通过BIM 技术进行数字化建模。在系统中输入几何形状、结构尺寸、构件布局等详细信息，创造精确的公路桥梁三维模型，可为公路桥梁监测提供准确的基础数据。

第二，BIM 技术能够整合各种监测传感器和设备（如位移传感器、振动计、温度计等）实时收集的公路桥梁结构各项数据，将其与BIM 模型关联，实现对数据的集中管理和实时监测，进而为监测人员提供全面的信息，帮助其更准确地评估公路桥梁的物理状态和结构性能。

第三，BIM 技术还支持预测性维护，通过历史数据和实时监测结果分析，监测人员能够预测公路桥梁可能出现的问题，如裂缝、腐蚀、变形等，同时BIM 技术的可视化分析工具，能使监测人员直观地查看公路桥梁的状态和问题，便于快速识别异常情况，从而优化维护计划，提前采取措施，减少维修成本和延长公路桥梁的使用寿命。

第四，基于BIM 模型的数据和分析结果，相关人员可以制订更科学的养护方案，以确保公路桥梁的安全性和稳定性。此外，BIM 技术还能够整合文档管理系统，将监测数据、维护记录和工程文件与BIM 模型相关联，建立全面的历史记录，监测人员能够随时查看公路桥梁健康状况的变化过程，根据以往的问题和解决方案优化当前的养护方案[2]。

3 基于BIM 技术的公路桥梁监测系统的构建

应用BIM 技术构建监测系统，能够有效提高数据收集、分析及安全评测的准确性，所呈现出的综合效益也更为突出。

3.1 建设数字化建模

基于BIM 技术构建监测系统时，应基于公路桥梁的宽度、高度、跨度，墩台的高度和尺寸等参数，创建精确的公路桥梁三维模型（见图1），以直观展示公路桥梁的外观形状、内部构造，包括梁、墩台、支撑结构等，这种全面的模型能够为监测人员提供综合性的公路桥梁视图，使监测人员能够深入掌握公路桥梁的结构特点，通过直观地查看公路桥梁的各个结构状况，进而快速、准确地诊断公路桥梁的物理状态。

图1 BIM 模型图

同时，随着公路桥梁的使用和环境变化，公路桥梁的形态和结构可能发生微小的变化，这些变化可能在一定程度上影响公路桥梁的性能和安全性。监测人员可以根据实际情况实时更新模型，以准确反映公路桥梁的实际情况，确保模型的精确性，这种实时更新的能力使监测更加灵活、可靠。

3.2 数据收集与通信

在公路桥梁监测中，数据处理是一个至关重要的环节，它涵盖信号处理、数据收集以及数据通信等关键方面。确保这些操作的稳定性和规范性对于保障监测数据的真实性和准确性至关重要，因此这些数据将为后续的养护工作提供有效的指导。

第一，信号处理在公路桥梁监测中扮演着关键角色。这一过程涉及对各种数据和信息，如摄像头拍摄的照片或传感器采集的数据等，进行放大、滤波和去噪等处理，信号处理能够提取有用的信息，减少干扰，从而确保监测数据的质量。

第二，数据收集是监测工作的核心，这包括对数据进行采样、存储和管理的过程。不同类型的数据需要采取不同的采集方式，以确保数据的真实性和准确性，这些数据将用于后续的分析和应用，因此其采集过程必须严谨可靠。

第三，数据通信能够确保监测数据的有序传输和共享，即按照既定的规范和时间节点及时地传递给相关方，以便进行进一步的分析和评估，为后续的决策提供支持。

在数据处理、数据收集和数据通信环节，需要注意以下要点：

第一，针对不同类型的监测数据采取适当的采集方式，以确保数据的真实性和准确性，满足数据安全性等相关要求。

第二，必须确保用于收集数据的仪器和设备能够适应多种不同的环境条件，具备持久稳定的运行能力，为公路桥梁养护工作提供可靠的数据支持。

3.3 数据处理与管理

应用特定的数据库管理软件完成对公路桥梁数据等信息的处理，主要涉及公路桥梁的地理位置和各类设计资料，还包括工程日常维护的信息等，这些是确保工程长效运行的重要基础材料[3-4]。在数据处理与管理的具体操作过程中，应重点关注以下几点：

一是对数据进行统一处理，相关的各项操作要科学、规范。

二是做好数据安全防护，特别是注意数据备份等，以免出现一些突发情况影响数据的安全性。

三是确保数据检索等功能的稳定性，为后续的数据修改及更新等提供基础保障。如此，数据应用会更为稳定、规范，应用效果也会更为理想。

3.4 综合评估

综合评估是根据得到的各项数据信息验证公路桥梁结构的损伤情况，进而对公路桥梁的整体情况进行分析，这对高效推进工程养护有很大的参考价值。在综合评估过程中应重点关注以下几点：一是根据监测数据进行精细预测，为后续的病害防治提供指导；二是基于数据分析和验证结果，准确评估公路桥梁的安全状况。

3.5 公路桥梁监测系统构建技术要求

所构建的公路桥梁监测系统应具备数据采集、分析和传送等多个方面的功能，以实现综合应用效果。通常情况下，借助三维可视化软件，可以实现人机互动，确保监测数据分析工作的规范开展。基于BIM 技术构建公路桥梁监测系统时，需要满足以下技术要求：

第一，系统应提供数据更新的录入接口，以实现对公路桥梁整体状态的动态监测，为公路桥梁病害预测和防控提供支持。例如，如果公路桥梁出现裂缝等问题，系统可以自动发出警报信号，使相关工作人员能够迅速采取针对性的措施，从而确保公路桥梁的整体维护工作能够科学、规范地进行。

第二，借助三维仿真技术模拟公路桥梁结构的整体情况，进而为工程推进提供高质量的数据支持。通过三维模拟，监测系统能够更准确地呈现公路桥梁的状态，从而为决策提供更直观、全面的信息[5]。

第三，融合多源数据包括传感器监测数据、卫星遥感数据、气象数据等。通过实时采集和集成这些数据，为监测人员提供更全面的信息资源。在数字模型的基础上，各种数据层叠加呈现，监测人员可以通过交互界面轻松获取各类监测数据，从而全面掌握公路桥梁的运行情况。

第四，提高系统的数据分析和预测能力。例如，基于历史数据和实时监测数据，采用数据分析、机器学习和人工智能等技术，进行公路桥梁行为模拟和性能预测，这能帮助监测人员更精准地预测公路桥梁未来的状态和健康状况，及早发现潜在问题，提前制订维护计划。

第五，将复杂的监测数据以图形、图表、动画模拟等形式呈现给监测人员。这种可视化方式使监测数据更加直观，监测人员可以实时掌握公路桥梁的运行情况，掌握各种参数的变化趋势。

第六，系统还应支持自定义数据查询和报告生成，使数据更易于提取和分享。

4 结语

综上所述，将BIM 技术应用于公路桥梁监测平台构建，基于可视化和三维模型等技术的应用，能为公路桥梁养护施工提供相应的数据支持。为更好地发挥BIM 技术在公路桥梁监测中的作用，务必做好多项技术优化，以推进公路桥梁养护施工的高质量开展，提高养护工程的综合效益。相信随着相关技术的不断优化，相应的公路桥梁养护工程必定会越来越科学、规范，更好地服务社会发展。