黄成
重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041
摘要：近年来BIM技术在中国快速发展，BIM技术在桥梁设计、施工、运维阶段中的运用也日益增多。传统的健康监测系统对于桥梁结构的各项指标加以数据说明，不够直观、难以理解。将BIM技术引入桥梁健康监测系统之后，能将桥梁健康监测中将桥梁的挠度、开裂、温度、加速度、振动等做成可视化模块，可以对桥梁的工作状态加以实时评估，提升了桥梁信息化管理水平。
关键词：健康监测；BIM；可视化
一、引言
随着我国经济建设取得的一系列重大成就，促进了交通事业的大规模发展，同时也对交通事业提出了更高的要求。桥梁是现代交通重要组成部分，对于促进国民经济的发展，人民交通出行的便利发挥着重大作用。在桥梁使用过程中，混凝土的收缩徐变、钢筋的锈蚀、预应力混凝土桥梁预应力的损失、桥梁结构的下挠等病害以及地震、风、等自然现象都会对桥梁结构的安全性、耐久性、适用性产生不利影响。为确保桥梁的正常和安全运营，观测桥梁在建造、使用、维护阶段对桥梁的各项指标加以观测，桥梁结构健康监测（Structural Health Monitoring, SHM）即是实现这一目的的有效方法之一。
二、传统的桥梁健康监测存在的问题
传统的桥梁健康监测大多只进行监测数据的采集与保存，针对传统桥梁结构健康监测存在的不足做出以下总结：
（一）监测数据缺乏自诊断与在线处理
桥梁健康监测系统获取的数据具有海量性、多维性、复杂性和随机性的特点，各种无效和干扰信息都有可能导致监测数据的失真。桥梁监测系统中的数据失真大多是由信息获取环节的传感设备造成的，为此，需要建立研究监测数据的自诊断与在线处理方法，提高桥梁安全预警性，满足后续桥梁安全评估对监测数据的质量要求。
（二）健康监测数据的可视化。
桥梁健康监测是一项专业性较强的工作，对于桥梁管养单位、政府管理部门等非专业人士，传统的桥梁健康监测数据存在庞大、复杂，分析结果存在不够直观、专业数据与图表多、枯燥等缺点。不利于相关单位对海量监测数据的理解并作出及时、高效的决策。为此，需要建立起对桥梁监测数据分析的可视化研究，满足用户需要。
三、基于BIM模式下的桥梁健康监测系统
传统的桥梁结构状态评估多局限于人工手段，很难与现代先进的技术手段相结合，不满足现代桥梁管养的发展趋势要求。将采集到的初始数据经过一定的数据挖掘与信息处理，得到可以直接被计算识别的数字信号，再借助BIM等信息手段进行监测信息的可视化展示。将监测信息在BIM平台中进行可视化展示，能够直观的反映出结构的实时响应[2]。除了能实现桥梁结构监测信息在线显示外，还能将桥梁结构异常预警及状态评估信息进行可视化展示。BIM技术在桥梁结构健康监测中的应用加强了人机交互，也使桥梁结构健康监测更加多元化。利用“互联网+”的观念，深化BIM技术有助于桥梁监测产业的转型与升级，实现产业信息化，形成“BIM+健康监测”的概念，为健康监测的数据采集、数据共享、数据分析、状态评估等服务功能提供全面、完整的信息化解决方案。同时实现对监测系统实施单位、大桥管养单位、政府管理部门、第三方专家评估等开放权限，做到多用户集成平台。通过监测数据源为跨专业、跨部门和跨主体的多用户协同管理提供及时、准确、可追溯、统一的健康监测与养护服务[3]。
“BIM+健康监测”模式下桥梁健康监测系统是由健康监测模块、扩展计算模块和BIM模块通过数据库相连而成。
健康监测模块采集并分析数据，得到监测项目如应力、挠度等数据结果，并存入健康监测数据库。扩展计算模块根据监测项目不同采用不同算法将单个传感器计算结果扩展至全桥，按构件类别存入扩展数据库。BIM数据库与前两个数据库相联通，主要从中间数据库调取结果并存储，通过BIM模型进行展示。主要功能分为四大模块：传感器自诊断和维护模块、健康监测数据BIM可视化模块、日常运营下统计分析与预警模块和极端事件下联动分析与评估模块[4]。
四、健康监测系统BIM中的可视化功能
传统健康监测系统针对监测数据的实时显示存在枯燥、难以理解等缺点，利用BIM技术良好的可视性，建立了温度、挠度、振动、加速度等健康监测数据的可视化模块。由于传统桥梁健康监测只能布设数量有限的传感器，所采集得到数据难以体现全桥的工作状态。为此，研发了基于健康监测数据的全桥结构响应可视化技术，利用有限采集点的数据进行分析拟合，得到全桥不同位置相应类型的数据预估，预测的全桥数据存储在扩展数据库，BIM数据库从扩展数据库读取信息，以构件的形式进行存储并与BIM关联进行相关展示。桥梁结构健康监测中，应力信息作为监测中最能反映桥梁结构安全状态之一的监测项，几乎是桥梁健康监测的必选监测内容。BIM技术应用于桥梁结构健康监测系统中，实现应力监测信息在后台监控界面的实时可视化展示，从而实时掌握通过应力信息反映的桥梁结构状态[5]。结合相关监测规范标准，当应力信息在BIM可视化平台中显示超标时，及时进行预警通知，并采取相应的应急措施，以保障行车安全。同时，还可以通过BIM平台展示在既定行车荷载作用下桥梁的应力分布情况，预估桥梁的结构损伤程度，进而为管养决策提供准确的信息支撑。基于BIM平台对桥梁结构应力信息进行动态可视化展示，弥补了传统的应力信息表达中数字图表展示手段人机交互水平低、直观性差等缺点。增加了应力监测信息展示的多样性，对于提高监测平台的信息化、智能化程度具有重要的意义。
五、BIM技术在桥梁工程领域的发展方向
（一）BIM技术在不同桥梁工程中得到广泛应用，取得了很多有价值的应用点，BIM和信息化技术是未来发展趋势已在业内形成共识。
（二）现阶段BIM的应用重点在于设计和施工，并逐步向全产业链协同、全生命周期的实施迈进。设计阶段大都基于二维的翻模，重点在于二维出图、设计复核、工程量统计；施工阶段多数是可视化的技术应用，涉及技术交底、虚拟建造和进度管理等。
（三）BIM和信息化技术是辅助桥梁管理的有效手段和工具。认为仅通过一项BIM新技术就能改变整个桥梁行业，而忽略专业本身、技术成熟度、行业发展水平、管理机制、人员构成等方面因素影响，在目前阶段是不合适的。
（四）BIM技术与桥梁专业应用的深度融合有待进一步探索和提高。
六、结论
针对桥梁结构健康监测技术的发展趋势和存在的问题，本文基于BIM技术和海量数据可视化集成管理理念，提出了新型“BIM+健康监测”模式下桥梁健康监测系统架构，集合了传感器自诊断和维护模块、健康监测数据BIM可视化模块、日常运营下统计分析与预警模块和极端事件下联动分析与评估模块，建立了桥梁健康监测系统实施单位、桥梁管养单位、政府管理部门、第三方专家的多用户协同管理以及监测与养护一体化运维管理平台，为BIM技术在桥梁健康监测中的深入应用提供新思路和技术。促进了工程建设领域信息化进程。将BIM技术运用于桥梁结构健康监测提高监测信息展示的多样性和直观性，更好的指导管养决策。
参考文献：
[1]李小玲． 基于建筑信息模型的结构健康监测可视化研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2016．
[2]徐萍飞，熊峰，夏伟杰，等.基于BIM的桥梁信息集成管理系统研究［J］.施工技术，2016，45（12）：119-123.
[3]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,2018,015(001):35-38.
[4]李成涛, 章世祥. 基于BIM技术的桥梁病害信息三维可视化研究[J].公路,2017(1):76-80.
作者简介：黄成(1996-)，男，汉族，重庆开州人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：桥梁工程