程源浩

（安徽省七星工程测试有限公司，安徽 合肥 230088）

近年来，我国的桥梁工程遍地开花，建设施工范围不断扩大，但是，由于现场环境恶劣、技术发展限制等原因，也大大阻碍了桥梁的建设与发展，尤其与安全质量水平密切相关的健康检测系统技术。如何在桥梁的健康检测系统中积极融入新型的BIM技术，促进我国桥梁健康检测系统的运用和推广，是值得不断深入探究的重点内容之一。

1 我国传统的桥梁健康监测系统的现状

1.1 缺乏监测数据的自我诊断和在线处理功能

在我国的桥梁健康监测系统中，收集到的监测信息量庞大，并且具备了繁琐性、随机性、海量性等特征，因此，也会产生很多与之无关的干扰类数据，从而造成检测数据缺乏精准性。造成这种现象的原因就是没有高效、先进的传感设备，缺乏高效处理信息传输和接收的环节，所以，如何更好地进行监测数据的自我诊断与在线处理技术至关重要。

1.2 缺乏对健康监测数据的可视化功能

桥梁健康监测系统属于是一个专业度较高的技术系统，具备4个明显的特征：海量性、高效性、多样性与价值性，是一种集合式的大数据系统。对于桥梁管理部门来说，进行检测数据的分析工作十分繁琐且枯燥，并且监测数据分析结果缺乏直观性，专业性的图表较多，所以理解起来较为困难。基于此，如何建立桥梁健康检测数据的可视化，使检测结果更加直观、明了，且满足更多人的需求也是至关重要的。

1.3 缺乏对桥梁结构的安全预警监测

由于桥梁的使用年限较长，在长期的运营使用中，会开始出现各类问题，尤其是关于桥梁结构性能的变化问题，严重影响了桥梁的正常使用，甚至会出现更多安全质量问题。因此，如何做好对桥梁的整体结构或者部分构件的质量安全监测，并且做好安全预警、质量控制、问题处理等环节不容忽视，这也是目前我国传统的桥梁健康监测系统中十分缺乏的功能。

1.4 缺乏突发事件下的安全评估

在我国的桥梁运营中，会发生很多不可预估的突发事故，例如狂风暴雨、龙卷风、被船舶撞击、地震等等灾害，这些突发事故也会对桥梁的正常运营产生较大的危害。所以，在监测桥梁的时候，也需要对这些可能出现的突发事故进行预先的安全质量评估，建立全面的安全运营管理平台，并且可以实现对桥梁正常运营中出现的各类动画、声音、电子邮件、短消息等多种形式的全面、可视化的动态监管。但是，目前的健康监控系统并没有完全实现此类功能。

2 BIM技术的优势

2.1 可视化功能

在桥梁的健康监测系统设计中，BIM可视化就是指通过先进的技术将已经建好的桥梁，利用建模软件3D三维模拟进行绘制，将点、线、面等几何元素按照设计图纸进行立体化展示，实现对桥梁健康系统的可视化，在桥梁模型里体现出健康监测系统的测点位置及理论数据情况。

2.2 对全周期信息数据的监控

BIM技术的运用是对桥梁的日常管理与运营进行全周期监控，例如前期结构的设计、施工材料的使用、投入的成本与支出、建设过程中的检测数据（原材料试验数据、施工监控、交工检测数据以及成桥荷载试验）等内容，从而确保桥梁正常运营的安全性与稳定性。

2.3 对各类信息数据的优化

在开展桥梁建设工程的时候，会涉及很多环节，并且产生海量的数据，因此，利用BIM技术可以开展高效的数据管理，并且形成庞大的中央数据库，从而实现对桥梁健康检测中产生的各类信息数据的处理和优化作用。其中，基于BIM技术开展的数据管理工作，可以确保数据的完整性、及时性、安全性、便捷性及共享性，从而为桥梁建设提供更多帮助和支持。

2.4 提升了工作的协同性能

在桥梁的健康监测系统中运用BIM技术，可以提升桥梁工程质量水平。在进行前期的设计阶段，合理运用BIM模型，可以对施工之前出现的各类问题进行预判和检测，如果发生了问题，可以快速找到合适的解决方式。其次，在中期的施工阶段，BIM技术可以为设计方、施工方、监理方、业主等多方提供有效的信息和资料，更好地促进各方的工作开展，增加了工作协同性能。

3 基于BIM的桥梁健康监测系统架构

在桥梁健康检测系统中运用BIM技术构建BIM模型，可以为桥梁的健康检测提供更多的服务和帮助，例如数据收集与储存、数据传输与共享、数据整理与分析、健康状态评估与预警评估等，从而确保桥梁处于正常的运营状态；BIM模型还可以为使用健康检测系统的用户提供集成平台，例如监测系统实施单位、大桥管养单位、政府管理部门、第三方专家评估等，提供更多开放式和协同管理权限，使得桥梁健康检测系统管理更加及时、高效、精准。

基于BIM的桥梁健康监测系统主要由健康监测模块、扩展计算模块及BIM模块3个部分组成，BIM模块是与上述数据库相接连而形成。健康监测模块在整个系统中主要发挥着数据监测、收集以及数据分析的作用，例如对桥梁的应力、位移等数据进行监测，并将监测数据保存到数据库中。扩展计算模块主要是根据监测的项目采用不同的算法把单个传感器的计算结果扩展至全桥，再依据构件的类别储存在扩展数据库中。BIM数据库就会将前面两个数据库的数据相连接，从中间数据库采集结果并且进行储存，并且以BIM模型进行立体展示。BIM模型主要由4大模块组成：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以及极端事件下联动分析与评估模块，如图1所示。

图1 BIM在桥梁健康监测系统

4 基于BIM的桥梁健康监测系统的设计与运用

4.1 监测数据自我诊断和在线处理

大多数情况下，如果桥梁健康监测系统中的数据出现了失误或者误差，一般是都是传输与获取信息数据的设备造成的，很容易给桥梁健康检测系统的正常运作带来不利影响，尤其是关于桥梁的安全预警与评估效果。基于此，运用BIM技术可以有效解决这个问题。首先，BIM技术中涵盖了传感器维护模块，不仅可以准确找到传感器位置，检测起来更加直观，还可以便于统计传感器的类别、状态等，并且也可以精准找到损坏的传感器，便于后期的维修和保养。其次，建立一套监测数据的自诊断和在线预处理方法，可以准确找到监测数据中出现的各类问题，然后与BIM数据库相结合，编制出了一套科学合理的监测数据的预处理程序。此套程序的主要作用就是实现对桥梁健康检测数据的智能化鉴别，并且在真实数据上进行自我调整和修正。

4.2 健康监测数据的BIM可视化

以往采用的健康监测系统监测到的数据专业度较高，理解起来较为困难，并且十分繁琐枯燥。为了很好地解决这个问题，需要通过利用BIM技术可视化的优势，同时对温度、挠度、振动、加速度等健康数据进行监测，以全面化地展示桥梁的各个结构的健康检测数据，并对数据进行分析，获取桥梁各个部位的数据预估；然后扩展到全桥的数据预估，再将这些预估数据储存在扩展数据库中；随后，BIM数据库再从扩展数据库中读取数据信息，然后以构件形式进行储存，并通过与BIM相关联进行展示。例如，在我国桥梁的日常运营中，车辆超载的现象较为严重，因此，可以借用BIM技术设计出一种车辆超载的自动识别系统，即车辆在桥梁上行驶的时候，可以进行健康检测数据的采集，先存储车辆通过桥梁结构时的结构静动力响应，然后对其进行分析及计算，对车辆经过时采集到的数据进行匹配，得到车辆荷载效应。根据分析结果，在BIM模型中进行可视化展示，如果有超载的情况，那么BIM模型中的可视化结果是一目了然的。

4.3 日常运营下统计分析与实时预警

在设计桥梁结构安全预警的过程中，利用多元神经元模型，建立涵盖风、温度和车辆荷载与桥梁频率、应变和变形等的多元映射数学模型。该模型针对不同的外界环境，桥梁的荷载承载特性与结构响应的强相关性和弱相关性之间所表现出的特征和关系，接着利用贝叶斯正则化技术对耦合环境荷载场的权重进行优化。BIM技术正是基于此类方法，实现对桥梁的全桥构件的整体性能的监督与实时安全预警。同时，利用BIM碰撞检查功能，研发出新型的安全预警技术——BIM碰撞检查关联技术。例如，为了避免竖向变形的出现，应该在设计阶段就按照预期变形量的最大值进行设计，建立变形完成后的模型，然后通过全桥插值技术，绘制出桥梁运行期间的实时线形模型，将两个模型进行碰撞检查，如果有位置发生了碰撞，那么会发生警报，从而快速找到变形的位置进行修补和调整。

4.4 极端事件下联动分析与安全评估

如果在桥梁上发生很多突发事故，例如船撞、火灾、暴雨等，那么在此类突发事件下的分析与预先安全评估就尤为重要。在BIM技术的基础上，在进行桥梁健康检测系统设计的时候，也需要充分利BIM技术的模拟、可视化等优势，将可能发生的各类极端事故预先进行设想和处理。首先，利用BIM技术，评估船撞、台风、地震等恶性事件的安全性，将其与恶性事件发生后监测到的数据与正常运转下监测的数据进行对比和分析，根据对比结果，判断桥梁状态。其次，使用BIM疏散模拟技术，设想如果发生了各类安全事故以后，桥梁的正常交通出行将如何进行管控和处理，并且制定可视化方案，从而确保桥梁的正常运营。

5 结束语

综上，由于我国传统的桥梁健康检测系统具备了海量数据处理能力差、无法及时预警等缺点，因此，需要积极引进BIM技术，充分利用其信息化、可视化、协同性等优势，推动健康检测系统的技术研发与运用，从而确保我国桥梁可以正常、安全地运营下去，提升其使用寿命与使用年限。