吴巨峰 石峻峰3 赵训刚 江 禹 王 鑫

(1.中铁大桥科学研究院有限公司，武汉 430034；2.桥梁结构健康与安全国家重点实验室，武汉 430034；3.湖北工业大学，武汉 430034)

引言

近年来，随着我国桥梁事业快速发展，建造了数量巨大的跨江跨海大桥，对国民经济的发展起到了重要作用。但在大型桥梁的运营过程中，病危情况也逐渐增加，交通安全存在严重隐患，针对大型桥梁的精细化管理也一直是研究热点，还需要不断完善和改进现有大型桥梁的养护管理方法，以确保桥梁健康安全运营。

BIM技术具有可视化、信息化及智能化的显著特点，目前在很多桥梁工程项目中都有对BIM技术的研究及应用[1]，但大多数应用仅停留在施工阶段，应用程度也比较浅，而针对养护管理的BIM应用更少。结合养护管理实际需求及BIM技术建立大型桥梁全寿命期管养平台，创新管理体制与手段，对实现大型桥梁全寿命期管理的信息化、智能化，提高养护管理工作效率具有重大意义。

1 概述

1.1 项目概况

武汉某公路大桥为城市环线跨越长江大型桥梁，全长7548m，主桥为938m双塔双索面全飘浮体系斜拉桥，主塔高度279.5m。全线桥梁形式多样，结构复杂，工程材料数量大，主桥有大跨、重载、超宽的特点，运营管养标准高； 桥址处大重型车辆通行密集，安全隐患风险高，因此需要对其建设及养护综合管理技术进行研究，降低运营过程中出现危害的风险[2]。

1.2 大型桥梁养护管理中存在的问题

国内桥梁重建轻养的现象比较突出，特别是针对各种大型复杂桥梁结构，传统管理体制不完善，对运营期养护工作的开展造成了较大影响。同时，大型桥梁有着更高的运营管养标准要求，针对中小型桥梁的简单管养手段已无法满足大型桥梁管养需要，部分桥梁养护管理工作人员专业素质欠佳，对桥梁的资料保管不当，对养护管理工作也不够重视，存在桥梁结构巡检不规范、桥梁损坏维修不及时等问题。

另外，更突出的问题在于，传统桥梁全寿命期的信息化程度极为低下，桥梁信息无法有效传递及利用，大型桥梁各种资料纷繁复杂，信息零散，形成信息孤岛[3]。在养护管理中表现为无法精准定位桥梁损坏部位、无法查看构件信息、评估结果以及对管养过程表达不够直观，管养计划无法准确有效执行，这些问题对大型桥梁管养精准度及效率造成了较大的影响。

2 构建基于BIM的大型桥梁管养平台

2.1 平台优势

平台依托桥梁BIM模型，整合设计、施工、运营养护全过程信息，基于B/S模式，实现桥梁全寿命期信息化管理。平台具有以下优势：

1)桥梁三维可视化。通过BIM技术建立主体结构模型，GIS和无人机倾斜摄影技术真实还原环境背景，使桥梁整体更加直观，同时也可以精确定位到桥梁的各个部位，对需要管养的构件及时准确地传达位置信息[4]；

2)信息及时、完整。BIM模型包含大型桥梁全寿命周期基础信息，同步更新桥梁各部位的实时数据，管养阶段包括环境信息、交通信息、管养计划、管养资金以及管养进度等，不仅能够快速查看桥梁基础信息，还能反应桥梁管养的状况，方便各方人员的信息传递与沟通，使桥梁的管养更加细致完整，有利于延长桥梁的寿命周期。

2.2 平台目标

基于BIM的大型桥梁管养平台，将实现具体工程数据与三维模型对接，实现人员作业与桥梁管养各方精准信息传递与协同[5]，对养护质量、进度等信息进行有效控制，通过BIM信息化形成标准巡检养护流程，保障管养工作各环节得到有效执行。主要建设目标如下：

(1)施工、管养数据和巡检养护过程的规范化、标准化；

(2)管养信息结构化、构件化；

(3)桥梁构件全寿命期信息可追溯，设计、施工、运维资料的构件级检索；

(4)基于BIM二维码的管养数据展示与精细化管理；

(5)桥梁病害——构件绑定自动化管理，病害的四维可视化记录，提高管养人员工作效率；

(6)管养计划与桥梁构件技术状况三维可视化及智能提醒；

(7)管养系统数据融合展示，实现预警、报警信息的三维表达，提高养护维修的及时性和精准度。

图1 基于BIM的大型桥梁管养平台业务架构图

3 平台信息管理及管理权限设计

3.1 面向管养的BIM编码

实现BIM信息化管理基础是实现数模分离，通过BIM编码实现桥梁三维构件化管理，同时考虑设计、施工、运营管养信息集成，串接各项业务数据。根据大型桥梁养护技术规范，对施工期BIM模型进行梳理，基于运营养护需求重新进行结构单元划分与合并，并重新制定编码及映射关系，建立BIM与管养功能之间的联系[6]。

图2 面向运营养护需求的构件编码

针对大型桥梁大量构件编码工作繁琐复杂的情况，目前手动输入方式，不仅效率低，出错率也高[6]，缺乏自动化处理方法和工具； 基于此，开发了自动编码工具，实现模型编码自动化、精确化。首先针对各种大型桥梁构件，编译工程实体分解(EBS)和工程信息模型分类(IFD)字典库； 然后通过编程开发自动编码工具，导入BIM建模软件形成工具插件，在工具插件中创建模型新名称、EBS、IFD编辑栏，并完成构件过滤、自动编码生成、批量化命名等工作； 最终，导出BIM模型上传至管养平台，生成构件编码结构树。

图3 BIM模型自动化编码应用方案

3.2 构件信息检索

将设计、施工、运营养护等管理信息节点经过合理的组织，形成一体化的信息网络，减少各环节之间的信息流失，使有效信息能够精确地传递与表达，实现桥梁全寿命周期内各参与方的信息共享与高效协同[7]。

图4 基于BIM的桥梁构件信息检索方案

BIM管养平台主要包含了桥梁的整体信息、构件附加信息和挂接的资料，并从不同的角度进行信息分类，实现了在模型中点击任意构件，可以清晰地预览关键设计参数以及关键性施工资料，方便了桥梁运营期的管养工作。

图5 大型桥梁BIM构件信息检索

3.3 BIM二维码应用

按照BIM模型构件标准编码生成唯一动态二维码，然后再对应粘贴到现场，现场通过平台内提供的APP扫码即可实时查看构件属性、养护及巡查周期、以往存在的问题等信息，并可快捷录入巡检养护信息和作业智能化打卡，对巡检养护工作进行精细化管理，遇突发情况时，能及时将桥梁现场状况通报给相关管养单位，对问题构件进行及时处理[8]。

3.4 系统层级管理权限设计

基于BIM技术的管养平台为每个功能设置了层级访问权限和业务权限，同时也对不同角色设计了不同的功能权限和数据访问权限，规范了管理者和技术人员对桥梁信息的使用，避免因权限控制缺失或操作不当引发的风险问题，确保了信息安全。从管养业务出发，设置了巡查人员、养护人员、主管工程师等角色，每个角色在病害处置各个环节各司其职，通过消息机制驱动实现闭环管理； 通过BIM可以实现消息三维可视化表达，不同角色在BIM模型中可以查看需要自己处理的事务，并及时进行信息反馈，极大提升工作效率。

4 平台功能实现

基于BIM技术的大型桥梁养护管理平台依托武汉某公路大桥项目，通过BIM模型集成了设计施工信息。平台包括WEB、专用APP两种应用方式，功能包括健康监测、巡检养护、视频监控等(如图6所示)，功能模块之间信息共享，共同构建起性能完善的BIM管养平台。

图6 BIM管养平台功能组织

4.1 项目介绍

项目介绍对项目概况、桥梁主体结构、施工过程相关影像资料进行集中管理和展示，包括了项目漫游、项目概况、项目风采、工程展示、项目进度、行车模拟等功能。

BIM管养平台提供了桥址原地形地貌实体模型，可以直观真实地掌握桥梁管养现状以及与周边环境的匹配关系，通过漫游飞行模式鸟瞰项目总览[9]，足不出户即可对桥梁养护管理整体情况了如指掌，还可以对需要重点关注的巡检养护点以及工程部位进行快速定位[10]。

4.2 健康监测

与健康监测系统对接，建立模型与监测数据之间的关系，在BIM模型中展示监测设备和监测数据。包括：1)监测设备漫游定位及信息查看； 2)监测传感器数据与BIM模型实时关联，在构件详细信息页面，能够查看构件绑定的各监测点信息和状态(正常、橙色报警、红色报警)； 另外能够查看监测点实时数据、阈值线、历史数据曲线以及全桥线形、整体索力柱状图等； 3)监测报警联动与快速处置，通过短信和邮件的方式提示桥梁管养人员，在BIM模型中直观展示监测报警点位置，可以快速定位查看相关的数据，对报警数据进行分析及处置，实施快速的响应。

图7 基于BIM技术的健康监测功能

图8 基于BIM技术的监测报警功能

4.3 巡检管养

BIM与巡检管养对接，实现基于三维构件的桥梁巡检养护管理。1)通过智能手机APP实现大桥日常巡检和定期检查病害的标准化录入，通过BIM构件编码将其挂接到模型上，实现巡检养护内容的四维可视化表达； 2)将每个构件的巡检养护周期和实际执行情况与BIM模型集成，对巡检养护执行进度进行可视化管理； 3)通过不同颜色对构件的技术状况进行形象化展示，并且可以查看每个构件详细的病害及养护情况，增强管养针对性，做到养护管理工作有的放矢，提高工作效率； 4)对巡检养护出勤轨迹进行记录，通过BIM展示派工单内容和作业现场情况，在BIM模型上对病害养护措施及处置建议进行三维批注，并将作业情况通过智能手机APP上报，形成作业前后图像对比，从而实现巡检管养的全流程标准化和信息化。

图9 基于BIM的桥梁巡检养护管理

5 结语

基于BIM技术的大型桥梁养护管理平台融合GIS、移动互联网、物联网、无人机倾斜摄影等新技术，并整合了项目展示、健康监测、监测报警、巡检管养等多个子模块，各个模块之间可以信息共享，信息表达更为直观。平台在武汉某公路大桥项目应用过程中，集成了设计施工资料，实现竣工BIM模型电子化交付[11]，为养护管理提供了多方面的参考数据； 三维可视化表达使得管养过程更加高效，有效形成了从发现问题到养护维修的信息化闭环管理； 通过BIM进行各类管养数据综合集成展示，形成各种数据看板和报表，极大减少数据汇总分析工作量，实现生产一线与管理层面的实时沟通与组织协调[12]。平台目前还只适用公路桥梁养护规范的基本框架，还需进一步纳入城市、铁路桥梁相关内容； 同时还有待在更多项目中进行应用，不断提升平台的用户体验和应用价值。