基于BIM技术的城市桥梁养护监测技术初探

基于 BIM技术的城市桥梁养护监测技术初探

耿晓兵

南京金固建设（集团）有限公司 江苏省南京市 210015

摘要：伴随着经济规模快速扩张，城市桥梁数量也在不断增加，大量城市桥梁项目投入使用，有效提升城市交通效率。由于城市桥梁项目位于户外，且使用强度较高，为了确保其可靠性与安全性，相关工作人员需要对城市桥梁进行实时监测，避免其出现质量问题，威胁群众出行安全。城市桥梁监测工作过程中融入BIM技术，能够有效提升桥梁监测效率以及准确性，通过帮助城市桥梁监测工作向着信息化、智能化方向发展。

关键词：BIM技术；桥梁养护；检测技术

引言

城市中兴建桥梁设施对于缓解城市交通压力有着巨大的帮助作用，能够有效拓展城市交通空间，与地面道路以及轨道交通网络一起组成立体化城市交通系统。实际投入使用之后，桥梁会受到车辆反复冲击，同时各种自然因素也会对桥梁质量产生影响，在众多因素影响下，桥梁结构性能会出现改变，进而影响其整体稳定性。为了确保桥梁设施安全性符合使用需求，相关工作人员需要对其进行定期养护，而采用BIM技术，能够有效提升桥梁养护监测效率。在BIM技术帮助下，相关工作人员可以在计算机软件中构建桥梁3D模型，并通过安装在桥梁各个地点的传感装置，对BIM系统中的数据进行实时更新，实时显示桥梁养护数据，辅助养护人员对养护方面进行灵活调整，通过这种方式减低养护成本。

一、城市桥梁养护工作面临的主要问题

①数据处理效率低。目前很多城市桥梁养护方式科技含量不高，一些负责养护的人员依然使用人工养护方式，通过目测以及手持检测仪器等方式对城市桥梁设施的状态进行判断。这种维护方式收集数据效率很慢，且需要花费大量人工，养护成本较高。人工测量过程中测量人员会由于各种因素的影响而产生测量失误，造成测量数据失真或者丢失，使得养护方案缺乏针对性。此外，传统养护方式收集到的数据呈现出碎片化特点，无法进行有效的数据集成，导致养护工作存在滞后性。②养护技术有待优化。除了数据处理效率低问题之外，很多桥梁养护部门所使用的养护技术也缺乏科技含量。这些养护人员在开展养护工作过程中，由于缺少先进技术的支撑，因此只能处理一些桥梁表面出现的问题，对于桥梁内部存在的结构性问题无法进行妥善处理，这些结构性问题长期得不到解决，使得桥梁质量逐步下降，并增加养护成本，导致养护预算超支，而由于养护预算超支相关单位没有能力引入先进技术，形成恶性循环，影响桥梁养护工作发展。③项目管理与成本控制联系不强。实际开展养护作业时，一些桥梁项目的管理工作与成本控制之间缺少关联，通常由成本核算部门对养护方案成本进行核算，没有参考施工部门养护实际支出^[1]。此外，由于成本控制部门与项目管理部门之间缺少联系，容易造成责权划分不明确问题，相关工作人员无法顺利开展成本管理工作。

二、运用BIM技术开展桥梁养护工作具体方式

（一）构建三维模型

运用BIM技术对城市桥梁养护检测工作进行优化，已经成为桥梁养护工作的一个重要发展趋势。实际工作中，需要先利用BIM技术完成针对桥梁设施的3D建模工作，工作人员需要对桥梁项目各项数据进行精准记录，并将数据传入BIM系统中，在BIM系统中生成桥梁项目完整框架，以及与该项目相关的辅助结构，通过这种方式让桥梁模型以可视化的方式呈现在工作人员面前，让相关工作人员能够对桥梁项目各个细节进行详细查验。一般情况下，负责进行3D建模的工人需要在BIM系统中对桥梁设施进行1：1建模，建模过程中需要根据桥梁项目所在中心线位置，确定桥梁模型的承台、平面位置以及桥墩位置等信息。从流程上看，建模环节主要分为５个步骤：①利用实地勘察所得到的数据在BIM系统中构建桥梁3D模型。②利用该项目CAD图纸，将CAD图纸中的各项数据以及贴图元素导入Power—Civil，以该项目中心线为基准，标注桥梁3D模型的断面数据。③利用Power—Civil绘制桥梁项目上、下结构。④利用该系统中的实体建模功能，模拟创建桥梁附属设施。⑤依据各种不同构件之间的逻辑关系对各个模型块进行组装（如图1所示）^[2]。

图1： 桥梁设施3D模型

（二）布置传感器系统

城市桥梁项目的3D模型创建完毕会后，工作人员需要对桥梁所在区域的地理环境数据进行全面分析与处理，并且需要收集并分析大量桥梁实际数据，通过这种方式对桥梁状态进行初步判断，对其安全性进行分析，特别是直接影响桥梁稳定性的一些关键结构，例如桥墩、桥台等，要进行密切监督，判断其是否出现的沉降或者偏移问题^[3]。实际工作过程中，工作人员需要依据监测项目内容，在桥梁指定位置安装相应的传感装置，对桥梁各个部位的数据进行多频次、多时段监测，并通过发送装置将这些数据实时传入后方大数据库中，帮助养护人员对桥梁个部位的情况进行实时监督（如图2所示）。

图2： 安装在桥塔处的振弦式表面应变器

（三）构建评估预警系统

利用传感器收集到监测数据之后，工作人员就可以利用BIM技术，结合桥梁使用需求，构建一套科学合理的桥梁养护评估预警系统，对桥梁中存在的病害情况进行实时监督，按照病害严重程度灵活调整养护方案。此外。例如BIM技术，可以将3D模型作为基础，引入时间维度，形成更为科学高效的4D可视化模型，并对评估预警系统进行优化。以4D模型为基础的评估预警系统除了能够对已经存在的病害进行监督，还可以对病害发展情况进行科学预估，有效解决养护工作的滞后性问题^[4]。

三、结束语

BIM技术不断成熟，为城市桥梁养护监督工作的优化提供了巨大推动力，利用BIM技术，养护人员可以在计算机中模拟构建桥梁4D模型，并通过构建评估预警机制，对桥梁设施存在的病害进行实时监督，估计病害发展情况，进而为制定科学合理的养护方案提供数据基础，提升养护效率的同时有效控制养护成本。

参考文献：

[1]周毅.BIM技术在公路桥梁建设中的应用[J].交通世界,2021(Z2):173-174.

[2]张耀允,孙莉,何飞.养护阶段三维数字化桥梁工程的基础数据管理[J].山东交通科技,2020(06):130-132.

[3]王一,李坤,王银广,管晓嫚.基于BIM的桥梁养护成本控制[J].智能城市,2020,6(21):80-81.

[4]曹海盛.BIM技术在桥梁健康养护监测中的应用探索[J].公路交通科技(应用技术版),2020,16(09):183-186.