周 翀
北京市政路桥管理养护集团有限公司，北京 100068
摘要：本文构建了BIM技术的桥梁病害检测与养护的指标评价体系，并采用熵权法确定了BIM桥梁病害检测与养护评价指标的权重，受主观因素影响小。构建集对分析模型，通过分析工程实例，验证了系统的可靠性。
关键词：BIM；桥梁；信息化；养护技术
前言
我国的学者对BIM在桥梁方面的应用进行了大量的研究。其中，从互联网应用、病害可视化等方面对BIM技术在桥梁养护中的应用进行了讨论，对如何利用BIM技术进行桥梁病害检测与养护的深度融合进行了介绍，以BIM作为平台载体，进行桥梁病害的四维记录，探究了BIM技术在城市桥梁管养中的应用。以上学者及其他研究成果对BIM技术在桥梁病害检测与养护中有着极其重要的作用，但主要研究建模运维或病害检测其中一方面，缺乏一定的综合全面性和可靠度分析。本文充分考虑BIM桥梁病害检测与养护的各个因素，提出桥梁建养一体化形式，并构建评价指标体系，建立了集对分析模型，并通过案例应用验证了其合理性与可行性。
1基于BIM的桥梁建养一体化模式
现阶段桥梁建设工程的信息较为分散，设计、施工、养护等阶段的工作主要通过纸质材料记录，无法直观展现各阶段的工程信息，信息的关联度差、整合度低，为桥梁工程各阶段建设增加了困难。“建养一体化”是针对桥梁设计阶段到运维阶段的一体化模式，主要以BIM技术为基础，建立桥梁BIM模型和养护信息模型，使桥梁的设计、施工、检查、维修、加固等方面的信息得到整合，将桥梁工程的建设管理和病害养护形成一个系统，能够直观地了解掌握桥梁工程的整体情况进行三维桥梁模型的建立，分析设计合理性，并进行冲突检查和桥梁建设工程量的统计等。
2 BIM的发展状况
2011年我国将BIM纳入了第十二个五年计划，2012年我国建筑科学研究院联合有关单位发起成立BIM发展联盟，积极发展、建置我国大陆BIM技术与标准、软件开发创新平台。近年来建筑行业，我国越来越多使用BIM技术，这成为未来发展的一种趋势。
3 基于BIM技术的城市桥梁养护监测系统结构
基于BIM技术对城市桥梁进行监测，需要构建一套完善的，可实现短周期内分时段、多频次监测的可视化平台，即基于BIM技术的城市桥梁监测平台。其主要系统应包括数据采集、传输、分析、综合评估与病害预警等部分，具体来看应包含以下4个关键部分。
3.1 传感器
传感器是基于BIM技术的城市桥梁监测平台的底层数据采集设备，通过在城市桥梁的关键测点安装传感器，从而感应到较大的裂缝以及关键性的结构变形等重要病害。传感器应具有抗干扰性强、耐久性好、集成化高以及方便安装、维护和更换等特点，能够在恶劣的室外环境下较为稳定地工作。在日常监测中，还应注意保护传感器及采集传输设备不受温度、雷击及电源、电磁等干扰源的影响而出现损坏现象。
3.2 数据采集与传输
数据采集与传输是将传感器采集到的数据传输到数据平台。数据采集与传输系统需要具有良好的兼容性、耐久性和环境适应性，从而易于维护、更换。在监测过程中，能够实现数据的同步采集，并提供精度较高的监测照片、数据等。
3.3 城市桥梁BIM信息平台
城市桥梁BIM信息平台是对桥梁所有数据进行检测及显示的数字化网络平台，一般可采用相应的BIM软件及其数据库系统。该部分的主要功能是完成数据的处理、存储和管理；并通过网络设置来控制桥梁的各个数据采集站、传感测试等设备进行工作；管理和存储整个监测系统各个桥梁结构主体全寿命周期的静态资料和动态数据等。
3.4 结构安全评估与预警
该部分可以通过监测数据进行损伤识别，并对桥梁安全状况进行评估，以便对相关病害进行预警。
4 基于BIM技术实现城市桥梁监测的途径
综上所述，要利用BIM技术实现对城市桥梁分时段、多频次的智能化监测，必须要搭建基于BIM技术的城市桥梁监测平台，其构建步骤如图1所示。
4.1 核心软件介绍及选择
利用BIM技术对城市桥梁进行监测，其核心是BIM软件。经过近20年的发展，目前市面上有4大主流软件包含BIM模块，分别是Autodesk、Bentley、NemetschekGraphisoft、GeryThchnologyDassault，如图2所示。从国内外来看，这4大软件的应用约占全部BIM软件的46.6%，其中Autodesk的Autodesk Revit模块应用最广，约占37.4%。
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目前各大BIM软件中，真正适用于桥梁工程的并不多，相关应用也不是很广泛。而在各建筑工程中应用最广泛的Autodesk Revit并不适用于城市桥梁工程，由于其族库中并未包含桥梁方面的构件族，因此对于复杂的桥型建模难度较大。Bentley平台的Power-Civil模块，更加适用于城市桥梁工程，所以，在进行城市桥梁监测中可选用Power-Civil作为核心软件。
4.2 城市桥梁三维模型的构建
将BIM技术应用于城市桥梁监测，其核心部分是要构建完整的城市桥梁三维模型，包括桥梁完整的结构以及相关的附属设施等。构建完成的三维模型主要用于可视化展示，所以一些更加细部的内容不包含在内。构建模型时应严格按照城市桥梁原施工图进行1∶1的建模，并按照相应的道路中心线确定平面位置，承台、桥墩和桥台都应严格按照高程进行精确组装。城市桥梁三维模型的构建流程如图3所示。
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1）对城市桥梁所在位置进行地质勘查，并依据相应的勘查资料构建三维地质模型。
2）获取城市桥梁的原始CAD图纸，将该图纸导入Power-Civil软件之中，并定位桥梁的中心线作为廊道基线，赋予其纵断面信息（竖曲线要素）。
3）通过Power-Civil软件中的廊道功能，构建城市桥梁的上部结构和下部结构。
4）通过Power-Civil软件中内置的MicroStation（实体建模）创建城市桥梁具体的附属设施。
5）根据高程控制及构件的逻辑关系组装全桥模型。
4.3 底层传感器系统布设
城市桥梁三维模型构建完成后，通过对桥梁周边的地理环境以及桥梁是否存在较为大型的病害等情况进行初步的梳理，并通过控制点测量桥墩、桥台等关键结构是否存在偏移和下陷等问题，以此来确定监测内容及选择传感器的测点布置。底层传感器及其数据采集、传输系统构建完成后，可实现对桥梁分时段、多频次的检测，并将检测后的数据传输至4D可视化展示平台进行分析。
4.4 4D可视化展示平台的构建及桥梁的安全评估、风险预警
BIM模型具有良好的三维可视化特性，可以更加直观地展示城市桥梁病害的分布情况，这是传统的数据表格罗列无法做到的。同时，在三维可视化模型的基础上，还可以引入时间因素，实现桥梁病害随时间渐变的展示功能，从而建立起包含时间因素的4D可视化展示平台。该平台可以通过BIM程序对各类病害信息进行有效识别，然后以三维图形的模式呈现在BIM模型相对应的位置。通过对BIM平台预设结构状态限值，当日常检测中收集到的基本数据超过相应的限值时，即可触发风险预警系统，向管理人员实时汇报，从而实现对桥梁耐久性、安全性等风险的评估和预警。
结语
桥梁工程作为一项特殊的建筑物，其贯通了不同地区物流的进行，促进了各地区的发展并带来了巨大的社会效益，但社会的发展对桥梁工程的要求也越来越高，本文章分析了在桥梁工程运营阶段运用BIM技术的多种优势并阐述了基于BIM技术的桥梁在运营阶段的各方面的性能更加符合发展的需求，因此基于BIM的桥梁工程也将会是我国桥梁建筑行业信息化发展的方向之一。
参考文献：
[1]李亚君.BIM技术在桥梁工程运营阶段的应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2015.
[2]周辉，谢康，扈惠敏.高速公路路面性能评价预测模型[J].工程与建设，2018（1）：66-69.