程源浩

（安徽省七星工程測試有限公司，安徽 合肥 230088）

近年來，我國的橋梁工程遍地開花，建設施工范圍不斷擴大，但是，由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣、技術發(fā)展限制等原因，也大大阻礙了橋梁的建設與發(fā)展，尤其與安全質量水平密切相關的健康檢測系統(tǒng)技術。如何在橋梁的健康檢測系統(tǒng)中積極融入新型的BIM技術，促進我國橋梁健康檢測系統(tǒng)的運用和推廣，是值得不斷深入探究的重點內容之一。

1 我國傳統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀

1.1 缺乏監(jiān)測數(shù)據的自我診斷和在線處理功能

在我國的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中，收集到的監(jiān)測信息量龐大，并且具備了繁瑣性、隨機性、海量性等特征，因此，也會產生很多與之無關的干擾類數(shù)據，從而造成檢測數(shù)據缺乏精準性。造成這種現(xiàn)象的原因就是沒有高效、先進的傳感設備，缺乏高效處理信息傳輸和接收的環(huán)節(jié)，所以，如何更好地進行監(jiān)測數(shù)據的自我診斷與在線處理技術至關重要。

1.2 缺乏對健康監(jiān)測數(shù)據的可視化功能

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)屬于是一個專業(yè)度較高的技術系統(tǒng)，具備4個明顯的特征：海量性、高效性、多樣性與價值性，是一種集合式的大數(shù)據系統(tǒng)。對于橋梁管理部門來說，進行檢測數(shù)據的分析工作十分繁瑣且枯燥，并且監(jiān)測數(shù)據分析結果缺乏直觀性，專業(yè)性的圖表較多，所以理解起來較為困難。基于此，如何建立橋梁健康檢測數(shù)據的可視化，使檢測結果更加直觀、明了，且滿足更多人的需求也是至關重要的。

1.3 缺乏對橋梁結構的安全預警監(jiān)測

由于橋梁的使用年限較長，在長期的運營使用中，會開始出現(xiàn)各類問題，尤其是關于橋梁結構性能的變化問題，嚴重影響了橋梁的正常使用，甚至會出現(xiàn)更多安全質量問題。因此，如何做好對橋梁的整體結構或者部分構件的質量安全監(jiān)測，并且做好安全預警、質量控制、問題處理等環(huán)節(jié)不容忽視，這也是目前我國傳統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中十分缺乏的功能。

1.4 缺乏突發(fā)事件下的安全評估

在我國的橋梁運營中，會發(fā)生很多不可預估的突發(fā)事故，例如狂風暴雨、龍卷風、被船舶撞擊、地震等等災害，這些突發(fā)事故也會對橋梁的正常運營產生較大的危害。所以，在監(jiān)測橋梁的時候，也需要對這些可能出現(xiàn)的突發(fā)事故進行預先的安全質量評估，建立全面的安全運營管理平臺，并且可以實現(xiàn)對橋梁正常運營中出現(xiàn)的各類動畫、聲音、電子郵件、短消息等多種形式的全面、可視化的動態(tài)監(jiān)管。但是，目前的健康監(jiān)控系統(tǒng)并沒有完全實現(xiàn)此類功能。

2 BIM技術的優(yōu)勢

2.1 可視化功能

在橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)設計中，BIM可視化就是指通過先進的技術將已經建好的橋梁，利用建模軟件3D三維模擬進行繪制，將點、線、面等幾何元素按照設計圖紙進行立體化展示，實現(xiàn)對橋梁健康系統(tǒng)的可視化，在橋梁模型里體現(xiàn)出健康監(jiān)測系統(tǒng)的測點位置及理論數(shù)據情況。

2.2 對全周期信息數(shù)據的監(jiān)控

BIM技術的運用是對橋梁的日常管理與運營進行全周期監(jiān)控，例如前期結構的設計、施工材料的使用、投入的成本與支出、建設過程中的檢測數(shù)據（原材料試驗數(shù)據、施工監(jiān)控、交工檢測數(shù)據以及成橋荷載試驗）等內容，從而確保橋梁正常運營的安全性與穩(wěn)定性。

2.3 對各類信息數(shù)據的優(yōu)化

在開展橋梁建設工程的時候，會涉及很多環(huán)節(jié)，并且產生海量的數(shù)據，因此，利用BIM技術可以開展高效的數(shù)據管理，并且形成龐大的中央數(shù)據庫，從而實現(xiàn)對橋梁健康檢測中產生的各類信息數(shù)據的處理和優(yōu)化作用。其中，基于BIM技術開展的數(shù)據管理工作，可以確保數(shù)據的完整性、及時性、安全性、便捷性及共享性，從而為橋梁建設提供更多幫助和支持。

2.4 提升了工作的協(xié)同性能

在橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)中運用BIM技術，可以提升橋梁工程質量水平。在進行前期的設計階段，合理運用BIM模型，可以對施工之前出現(xiàn)的各類問題進行預判和檢測，如果發(fā)生了問題，可以快速找到合適的解決方式。其次，在中期的施工階段，BIM技術可以為設計方、施工方、監(jiān)理方、業(yè)主等多方提供有效的信息和資料，更好地促進各方的工作開展，增加了工作協(xié)同性能。

3 基于BIM的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)架構

在橋梁健康檢測系統(tǒng)中運用BIM技術構建BIM模型，可以為橋梁的健康檢測提供更多的服務和幫助，例如數(shù)據收集與儲存、數(shù)據傳輸與共享、數(shù)據整理與分析、健康狀態(tài)評估與預警評估等，從而確保橋梁處于正常的運營狀態(tài)；BIM模型還可以為使用健康檢測系統(tǒng)的用戶提供集成平臺，例如監(jiān)測系統(tǒng)實施單位、大橋管養(yǎng)單位、政府管理部門、第三方專家評估等，提供更多開放式和協(xié)同管理權限，使得橋梁健康檢測系統(tǒng)管理更加及時、高效、精準。

基于BIM的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要由健康監(jiān)測模塊、擴展計算模塊及BIM模塊3個部分組成，BIM模塊是與上述數(shù)據庫相接連而形成。健康監(jiān)測模塊在整個系統(tǒng)中主要發(fā)揮著數(shù)據監(jiān)測、收集以及數(shù)據分析的作用，例如對橋梁的應力、位移等數(shù)據進行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據保存到數(shù)據庫中。擴展計算模塊主要是根據監(jiān)測的項目采用不同的算法把單個傳感器的計算結果擴展至全橋，再依據構件的類別儲存在擴展數(shù)據庫中。BIM數(shù)據庫就會將前面兩個數(shù)據庫的數(shù)據相連接，從中間數(shù)據庫采集結果并且進行儲存，并且以BIM模型進行立體展示。BIM模型主要由4大模塊組成：傳感器自診斷和維護模塊、健康監(jiān)測數(shù)據BIM可視化模塊、日常運營下統(tǒng)計分析與預警模塊以及極端事件下聯(lián)動分析與評估模塊，如圖1所示。

圖1 BIM在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)

4 基于BIM的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的設計與運用

4.1 監(jiān)測數(shù)據自我診斷和在線處理

大多數(shù)情況下，如果橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中的數(shù)據出現(xiàn)了失誤或者誤差，一般是都是傳輸與獲取信息數(shù)據的設備造成的，很容易給橋梁健康檢測系統(tǒng)的正常運作帶來不利影響，尤其是關于橋梁的安全預警與評估效果?；诖?，運用BIM技術可以有效解決這個問題。首先，BIM技術中涵蓋了傳感器維護模塊，不僅可以準確找到傳感器位置，檢測起來更加直觀，還可以便于統(tǒng)計傳感器的類別、狀態(tài)等，并且也可以精準找到損壞的傳感器，便于后期的維修和保養(yǎng)。其次，建立一套監(jiān)測數(shù)據的自診斷和在線預處理方法，可以準確找到監(jiān)測數(shù)據中出現(xiàn)的各類問題，然后與BIM數(shù)據庫相結合，編制出了一套科學合理的監(jiān)測數(shù)據的預處理程序。此套程序的主要作用就是實現(xiàn)對橋梁健康檢測數(shù)據的智能化鑒別，并且在真實數(shù)據上進行自我調整和修正。

4.2 健康監(jiān)測數(shù)據的BIM可視化

以往采用的健康監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的數(shù)據專業(yè)度較高，理解起來較為困難，并且十分繁瑣枯燥。為了很好地解決這個問題，需要通過利用BIM技術可視化的優(yōu)勢，同時對溫度、撓度、振動、加速度等健康數(shù)據進行監(jiān)測，以全面化地展示橋梁的各個結構的健康檢測數(shù)據，并對數(shù)據進行分析，獲取橋梁各個部位的數(shù)據預估；然后擴展到全橋的數(shù)據預估，再將這些預估數(shù)據儲存在擴展數(shù)據庫中；隨后，BIM數(shù)據庫再從擴展數(shù)據庫中讀取數(shù)據信息，然后以構件形式進行儲存，并通過與BIM相關聯(lián)進行展示。例如，在我國橋梁的日常運營中，車輛超載的現(xiàn)象較為嚴重，因此，可以借用BIM技術設計出一種車輛超載的自動識別系統(tǒng)，即車輛在橋梁上行駛的時候，可以進行健康檢測數(shù)據的采集，先存儲車輛通過橋梁結構時的結構靜動力響應，然后對其進行分析及計算，對車輛經過時采集到的數(shù)據進行匹配，得到車輛荷載效應。根據分析結果，在BIM模型中進行可視化展示，如果有超載的情況，那么BIM模型中的可視化結果是一目了然的。

4.3 日常運營下統(tǒng)計分析與實時預警

在設計橋梁結構安全預警的過程中，利用多元神經元模型，建立涵蓋風、溫度和車輛荷載與橋梁頻率、應變和變形等的多元映射數(shù)學模型。該模型針對不同的外界環(huán)境，橋梁的荷載承載特性與結構響應的強相關性和弱相關性之間所表現(xiàn)出的特征和關系，接著利用貝葉斯正則化技術對耦合環(huán)境荷載場的權重進行優(yōu)化。BIM技術正是基于此類方法，實現(xiàn)對橋梁的全橋構件的整體性能的監(jiān)督與實時安全預警。同時，利用BIM碰撞檢查功能，研發(fā)出新型的安全預警技術——BIM碰撞檢查關聯(lián)技術。例如，為了避免豎向變形的出現(xiàn)，應該在設計階段就按照預期變形量的最大值進行設計，建立變形完成后的模型，然后通過全橋插值技術，繪制出橋梁運行期間的實時線形模型，將兩個模型進行碰撞檢查，如果有位置發(fā)生了碰撞，那么會發(fā)生警報，從而快速找到變形的位置進行修補和調整。

4.4 極端事件下聯(lián)動分析與安全評估

如果在橋梁上發(fā)生很多突發(fā)事故，例如船撞、火災、暴雨等，那么在此類突發(fā)事件下的分析與預先安全評估就尤為重要。在BIM技術的基礎上，在進行橋梁健康檢測系統(tǒng)設計的時候，也需要充分利BIM技術的模擬、可視化等優(yōu)勢，將可能發(fā)生的各類極端事故預先進行設想和處理。首先，利用BIM技術，評估船撞、臺風、地震等惡性事件的安全性，將其與惡性事件發(fā)生后監(jiān)測到的數(shù)據與正常運轉下監(jiān)測的數(shù)據進行對比和分析，根據對比結果，判斷橋梁狀態(tài)。其次，使用BIM疏散模擬技術，設想如果發(fā)生了各類安全事故以后，橋梁的正常交通出行將如何進行管控和處理，并且制定可視化方案，從而確保橋梁的正常運營。

5 結束語

綜上，由于我國傳統(tǒng)的橋梁健康檢測系統(tǒng)具備了海量數(shù)據處理能力差、無法及時預警等缺點，因此，需要積極引進BIM技術，充分利用其信息化、可視化、協(xié)同性等優(yōu)勢，推動健康檢測系統(tǒng)的技術研發(fā)與運用，從而確保我國橋梁可以正常、安全地運營下去，提升其使用壽命與使用年限。