基于BIM技術(shù)的橋梁安全管理研究

琚英帥

關(guān)鍵詞：橋梁;安全管理;BIM技術(shù);健康監(jiān)測

1.引言

橋梁作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的控制性結(jié)構(gòu)物，其重要性不言而喻，在地區(qū)發(fā)展中可有效帶動周邊經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高資源的配置效率。但是，近年來橋梁的安全問題也日益凸顯，橋梁垮塌的事故層出不斷，加強(qiáng)橋梁的安全管理是十分重要的，科學(xué)、高效地管理橋梁，了解橋梁各個(gè)階段的安全隱患，及時(shí)評估橋梁的安全性，己成為橋梁管理的重要內(nèi)容。

2016年2月交科技發(fā)[2015]163號文件《交通運(yùn)輸重大技術(shù)方向和技術(shù)政策》指出，要將BIM技術(shù)作為交通運(yùn)輸十大技術(shù)方向之一。此文件的印發(fā)，從政策層面明確了BIM 技術(shù)在橋梁安全管理中的應(yīng)用和發(fā)展方向，目前交通運(yùn)輸行業(yè)BIM技術(shù)的應(yīng)用還處于起步階段，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、核心軟件和人才儲備等方面都與發(fā)達(dá)國家存在較大差距，亟待依托重點(diǎn)領(lǐng)域，推動建立適應(yīng)國際化要求的BIM應(yīng)用技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)體系和支撐平臺，加快培育龍頭企業(yè)，搶占國際市場的制高點(diǎn)[1]。

2.傳統(tǒng)橋梁安全管理中的不足

目前，對于橋梁安全管理中的病害問題，往往采用人工檢測、自動監(jiān)測方法進(jìn)行，然后對這些檢測、監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析評估，然而，這些病害數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量大，稱其為海量也不為過，而且信息的集成化程度較低，容易造成信息在傳輸、存儲過程中丟失。對于橋梁檢測，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)評估主要依賴人工目測或借助儀器設(shè)備獲得的信息進(jìn)行。這種檢測評估方法往往受 限于檢查人員的經(jīng)驗(yàn)和知識水平，橋梁結(jié)構(gòu)評估結(jié)果存在很大的局限性和人為主觀性，定性評估偏重，定量評估偏輕，許多具體的問題難以量化。橋梁設(shè)計(jì)和施工已經(jīng)經(jīng)過了多年發(fā)展，形成了較為成熟的方案和體系，橋梁結(jié)構(gòu)的損傷識別尚處于發(fā)展初期階段，定性化的描述很難確定損傷情況，缺乏系統(tǒng)全局性，僅停留在單獨(dú)的構(gòu)件方面的評估，其次，現(xiàn)有的人工檢測數(shù)據(jù)的存儲管理都是在用紙質(zhì)的文檔進(jìn)行存檔，這種純?nèi)斯な謩虞斎氲姆椒ň托写鎯?，從系統(tǒng)管理方面來說，數(shù)據(jù)信息集成化、自動化水平太低;對于橋梁健康監(jiān)測，有些橋梁雖說安裝了橋梁監(jiān)測設(shè)備，但這些測點(diǎn)往往是孤立分散的，不能集中在一個(gè)三維可視化的模型上，如果想全面、直觀、自動評判橋梁的整體安全性，還是有一定的困難。

3.BIM技術(shù)的優(yōu)勢

3.1技術(shù)優(yōu)勢

BIM 技術(shù)的出現(xiàn)是工程行業(yè)信息化發(fā)展的必然結(jié)果，BIM技術(shù)自身具備以下幾個(gè)優(yōu)勢：完美構(gòu)建三維信息圖紙模型，減少構(gòu)件碰撞，提升設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量;各專業(yè)整體互動，參數(shù)變化實(shí)時(shí)展現(xiàn);可對模型各階段中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3.2管理優(yōu)勢

BIM其實(shí)也是一種高效的管理思想和有利工具，不單單是一個(gè)基礎(chǔ)軟件或一項(xiàng)技術(shù)。BIM可以為各方人員提供一個(gè)工作交流的平臺，使得溝通交流更加直觀更加便捷，可在信息數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上提供管理行為平臺，兩者相互匹配，從本質(zhì)上改變了管理理念，在管理模型上進(jìn)行了創(chuàng)新;各階段的數(shù)字化三維模型可讓技術(shù)人員快速高效應(yīng)用模型數(shù)據(jù)信息，對項(xiàng)目進(jìn)行全面、系統(tǒng)的管理。

4.BIM 技術(shù)在橋梁安全管理中的應(yīng)用

4.1BIM應(yīng)用于橋梁檢測

BIM應(yīng)用到橋梁檢測方面，可大大提高信息化水平，提高檢測評估的效率，利用BIM三維模型平臺進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)的交互，能夠從根本上改變信息存儲方式，代替之前大量紙質(zhì)的檢測檔案，利用BIM技術(shù)可將檢測檔案電子化，統(tǒng)一化管理;建立三維模型后，通過數(shù)據(jù)交互，可實(shí)現(xiàn)橋梁的整體系統(tǒng)評估，減少了單獨(dú)構(gòu)件評估的孤立性以及人為主觀性，做到定量化評估，系統(tǒng)化評估。

4.2BIM應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)測

將BIM技術(shù)和橋梁健康監(jiān)測進(jìn)行結(jié)合，以現(xiàn)有的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)問題為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建BIM三維模型+橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，精確實(shí)現(xiàn)橋梁健康安全協(xié)同管理，是實(shí)現(xiàn)橋梁健康監(jiān)測高效管理的有效手段[2]。

利用BIM三維模型，在其上布置傳感器測點(diǎn)，采集橋梁的各個(gè)監(jiān)測指標(biāo)信息，能夠最大化實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)多個(gè)負(fù)責(zé)單位的協(xié)同參與和數(shù)據(jù)分析多方驗(yàn)證。利用BIM三維模型遠(yuǎn)程管理各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測傳感器和監(jiān)測點(diǎn)位的可視化管理，便于傳感器的統(tǒng)計(jì)分析以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)構(gòu)件的ID號和傳感器編號相結(jié)合，可快速定位測點(diǎn)位置和測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，根據(jù)提前設(shè)置的預(yù)警閾值，若現(xiàn)場發(fā)生構(gòu)件或橋梁的突發(fā)結(jié)構(gòu)變化，維修應(yīng)急管理人員可快速通過BIM模型定位到發(fā)生損傷的構(gòu)件，快速給出解決方案。BIM三維模型與橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合可完成監(jiān)測測點(diǎn)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行平臺數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享，及時(shí)傳遞分析后的結(jié)果，使橋梁各方管理者及時(shí)且真實(shí)地掌握橋梁的健康安全狀況。

4.3BIM應(yīng)用于橋梁技術(shù)狀況評定

將橋梁病害模塊建立在橋梁綜合評定系統(tǒng)里，利用BIM技術(shù)對綜合評估系統(tǒng)中缺少或損壞的模塊進(jìn)行賦值，具體的數(shù)據(jù)可以通過建立構(gòu)件ID確定[3]。將BIM技術(shù)用到橋梁技術(shù)狀況評定系統(tǒng)中可以達(dá)到以下效果：

全自動評估。節(jié)約人力和物力，對于一座橋梁，由于它的構(gòu)件眾多，病害種類也是各種各樣，隨著檢查次數(shù)的增加，評估工作量也越來越大，將投入大量的人力物力，做很多重復(fù)性的機(jī)械工作。融入BIM技術(shù)的評估系統(tǒng)可直接利用數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的計(jì)算，可同時(shí)進(jìn)行多座橋梁的評估，提高評估的實(shí)時(shí)性和評估效率。

評估管理精細(xì)化。以往的橋梁評估都是利用規(guī)范的計(jì)算公式對橋梁進(jìn)行構(gòu)件狀態(tài)評定，然而構(gòu)件的評定標(biāo)準(zhǔn)很是模糊，缺乏明確的評定標(biāo)準(zhǔn)，分類也不清晰，人為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)評定的結(jié)果往往有一定的主觀偏差性?；贐IM的橋梁病害缺損模型可以直觀形象的展示橋梁具體的損傷[4]，通過模型可以及時(shí)查看構(gòu)件病害照片，利用BIM技術(shù)的模型識別，可以將病害損傷定量化，沿著時(shí)間順序，將橋梁病害特征值作為變量，進(jìn)行相關(guān)性分析，構(gòu)件關(guān)系模型。

病害損傷可溯源。利用BIM三維模型，橋梁病害損傷完全可以進(jìn)行批量顯示，將構(gòu)件病害損傷從三維模型模塊中提取出來，并結(jié)合時(shí)間軸進(jìn)行4D變換和展示，各個(gè)時(shí)間段收集的病害圖片，這些圖片都可以追本溯源，可以長期記錄病害的整個(gè)變化過程，找出變化特征值和發(fā)展的各種規(guī)律，可以預(yù)測橋梁構(gòu)件及整個(gè)結(jié)構(gòu)的壽命，構(gòu)建預(yù)測模型。與此同時(shí)，對于橋梁的維修和加固，BIM模型上所積累的數(shù)據(jù)能夠?yàn)闆Q策提供輔助，更加準(zhǔn)確地定制解決方案。

實(shí)現(xiàn)結(jié)果三維可視化管理。以往的橋梁整體技術(shù)狀況評估一般是根據(jù)規(guī)范等級劃分，以至于有些構(gòu)件損傷很明顯，但是整體的評級卻不低，這就容易掩蓋橋梁的局部危險(xiǎn)，而利用BIM的橋梁三維管理模型可以直觀看到構(gòu)件的損傷情況，并且可以讓多方人員同時(shí)看到損傷實(shí)質(zhì)，發(fā)揮多方參與評估的優(yōu)勢，充分發(fā)揮可視化的最大效能;在橋梁健康監(jiān)測評估方面，傳感器布置的優(yōu)化和整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化都可以通過BIM可視化三維模型交互實(shí)現(xiàn)，綜合技術(shù)狀況評估時(shí)，可針對橋梁的重要部位，伸縮縫、支座等位移的變化可通過設(shè)置預(yù)警值，通過BIM模型里構(gòu)件和數(shù)據(jù)顏色的變化，提示管理人員進(jìn)行干預(yù)，有效實(shí)現(xiàn)整橋和局部構(gòu)件的協(xié)同管理，精確評估，在BIM三維可視化的情景下，有效融合橋梁健康監(jiān)測評估系統(tǒng)。

4.4BIM應(yīng)用于橋梁長期安全管理

充分利用BIM的大數(shù)據(jù)挖掘分析能力，對橋梁長期安全管理策略的有效性進(jìn)行分析，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)累積，可以讓我們對橋梁長期安全管理的措施和管理制度進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，當(dāng)管理目標(biāo)水平提高時(shí)，可根據(jù)目標(biāo)水平進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，最終使得橋梁安全管理水平、管理模式及時(shí)改善，隨著管理要求的提高，精細(xì)化管理和多樣化管理日趨完善，利用BIM技術(shù)可以高效配合精細(xì)化管理和多樣化管理。有效適配現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)獲取模式，BIM技術(shù)以其強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)挖掘分析能力，憑借三維可視化快速分析結(jié)果的表達(dá)效果，可多方位提升橋梁的長期安全管理水平，保證橋梁長期安全運(yùn)行。

5.結(jié)語

由于BIM技術(shù)本身的特點(diǎn)，可視化、協(xié)同性、穩(wěn)定性，將BIM技術(shù)與橋梁安全管理全面融合，將徹底改變橋梁安全管理的模式，實(shí)現(xiàn)全面系統(tǒng)信息化管理，明顯提升橋梁安全管理的效率和質(zhì)量，大大節(jié)省人力、物力、財(cái)力，更加及時(shí)更加準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)橋梁的病害損傷，保障橋梁的結(jié)構(gòu)健康和安全。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汪玚.“十三五”交通運(yùn)輸科技強(qiáng)交看這里[J].交通建設(shè)與管理，2017（12）：20-21.

[2] 耿方方，尹方舟，丁幼亮，等.基于BIM的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2018（2）：35 一 38.

[3] 李旭梅. 基于BIM的橋梁安全評估管理系統(tǒng)研究[D].重慶大，2019. DOI ： 10.27670/d. cnki. gcqdu. 2019. 002767.

[4] 陳寧，馬志華，柏平，等. 基于BIM技術(shù)的橋梁病害信息三維可視化采集管理系統(tǒng)[J].中外公路，2017，37（1）：305-308