近年來中國的橋樑建設事業正蒸蒸日上，伴隨著國家“一帶一路”的倡議，交通基礎設施的“中國建造”正在走向世界，而橋樑作為“大交通”概念中的重要組成部分。目前我國的橋樑養護現狀是工作手段落後，管理系統滯後，還存在管理手段機械化，危害記錄平面化，資料管理臺賬化的靜態管理狀態。通過利用基於BIM的橋樑信息化養護技術將實現橋樑的智能化管理及養護是未來橋樑養護管理的發展方向，值得探究。

高速公路橋樑養護技術

橋樑是高速公路安全暢通的重要保障，因此對高速公路橋樑的養護及日常管理工作就顯得尤為重要。

（一）橋樑狀況檢查

根據我國現有的相關規定和操作規範，高速公路上橋樑狀況的檢查一般可以分為月檢、季檢、年檢和相關專門性檢查四個方面[1]。高速公路橋樑檢查的內容主要包括以下三個方面：

1.檢查資料的收集和整理。。

2.橋樑結構尺寸和結構性能檢測。

3.橋樑結構缺陷檢測，包括橋樑混凝土外觀檢查、橋樑結構裂縫檢查和橋樑結構變形情況檢查等。

（二）現運行橋樑存在的主要問題分析

1.橋況不明

建成多年的橋樑由於技術資料不及時歸檔或遺漏造成原始資料不全、遺缺；新建橋樑資料不全，橋樑技術狀況不清楚等，橋樑原始資料未能及時提供給養護單位，造成養護單位對原始資料不清楚[2]。

2.橋面嚴重超載，超負荷工作

我國現運營的公路橋樑還有許多修建於八十年代以前，設計荷載等級偏低，與現行實際運行荷載差距較大，承載能力不足，已不適應目前高速公路中交通量增大，超重車、集裝車、大噸位車增多的新形勢，造成橋樑承受不起日益增長的負荷而成為危橋 [3] 。

3.橋面修復不及時

橋面鋪裝損壞修復不及時，造成橋面不平整而使車輛顛簸，影響車速，增加橋樑構件的疲勞，縮短了橋的使用壽命導致提前大修。

4.隱蔽結構上的安全隱患和病害

由於橋樑設計與施工的不合理，橋樑投入運營後，橋樑的隱蔽構件特別是在橋面以下或高空中的構件，在日常養護中沒有及時修補形成病害，處理不及時可能釀成大禍。

（三）傳統橋樑檢測的侷限性

傳統橋樑檢測是通過人工目測檢查或藉助於便攜式儀器測量得到的信息對橋樑結構的安全狀態進行評估，在實際應用中具有很大的侷限性[4]。

1.現代大型橋樑在佈局和結構上較為複雜，許多構件繁多且複雜，高空中的構件和橋面以下的隱蔽工程部位不能直接靠近觀察，需要耗費大量人力、物力；

2.受檢測人員個人因素影響較大，主觀性強，難於量化；

3.橋樑缺損程度判定信息少，缺少整體性。人工檢查以單一構件為對象，只能提供局部的檢測和診斷信息，而不能提供整體全面的結構健康檢測和評估信息；

4.橋樑的缺損處理方案不明確，對於構件的針對性較差，輔助分析欠缺；

5.時效性差，影響交通。對於大型的橋樑通常需要搭設觀察平臺或用觀測車輛，無可避免需要實施交通控制，並且檢查週期較長。

綜上所述，傳統養護自身的侷限性已經不太適應現階段橋樑養護的新需求和新形勢，急需採用系統、科學、安全、有效、穩定耐久和經濟合理的健康監測與安全評價系統來管理橋樑的養護工作，為橋樑的安全運行保駕護航。

BIM

技術

（一）BIM概念

BIM(Building Information Modeling)是以建築工程項目的各項相關信息數據為基礎，建立建築模型，通過數字信息仿真模擬建築物所具有的真實信息[5]。

首先，BIM技術實現了模型的可視化，大大降低了由於二維圖紙所帶來的諸多不便和溝通誤區，真正達到了“所見即所得”的效果，使得無論是設計、施工，還是後期運營維護階段，所有過程都更加的直觀。其次，BIM技術除了對3D 模型具有表達外，還包括BIM 4D(3D基礎上加上時間軸)、BIM 5D（3D模型+1D進度+1D造價的五維建築信息模型）。BIM技術的真正精髓在於將數量龐大的數據項目信息進行整合，使其貫穿於工程項目的整個生命週期，提供全信息檔案，實現智能化數據採集與管理。

在橋樑的養護方面，利用BIM技術，藉助建模軟件。首先，可通過構建三維橋樑模型來為養護方案的優化及數據的採集提供可視化溝通，為後續一定數量傳感器的佈置提供依據。其次，針對橋樑養護運維，利用BIM技術建立三維可視化、面向橋樑運維養護的橋樑信息系統，實現了養護相關的現場信息採集和養護信息組織及病害三維展示。同時，BIM技術為了更好地為橋樑養護服務，橋樑既有的前期信息，如：規劃、設計、施工的信息也一併納入了信息系統。

（二）橋樑工程中BIM建模軟件簡介

由於橋樑工程的重要性及複雜性，所有的橋樑問題都不能單獨的依靠某一個軟件加以解決。對於全壽命週期的橋樑建設過程，涉及的專業很多，參與的人員複雜，建模過程所涉及的軟件也就多種多樣。基於BIM技術的三維模型是一個信息系統模型，囊括設計、施工和運營階段的全部信息。

目前，用於BIM的核心建模軟件市面上非常多，主要有Autodesk、Bentley、Graphisoft 和Dassault[6]。其中，流行和使用最廣泛的是Autodesk平臺的Revit，該軟件為使用者提供了豐富且強大的族庫，實現了協同設計的前期準備工作，主要包括：多工種專業間協同模式的選擇方式、準備了一些適應多工種的視圖環境和模板文件及設計了適合多工種協同的族庫。Navisworks根據構件類型標記為不同顏色：未處理、待處理、正在處理、處理完成等，處理方案數據均可以二維碼形式錄入（圖1）。

圖1 基於Navisworks碰撞檢測三維效果圖

目前市面上主流的BIM平臺都完美支持Revit模型，使用Revit設計橋樑會讓後期BIM平臺的選擇範圍非常廣。Revit模型中，平面圖、三維圖和明細表等都是建立在同一個建築信息模型的數據庫中，它可以收集到建築信息模型中的所有數據，並在項目的其它表現形式中可以協調信息，以便實現模型中的參數化（參數化是指模型中可以通過設置參數的形式建立各個建築結構圖元之間的關係）。Revit模型還具有結構設計和建模的強大工具，可以將複雜材質的物理模型和單獨的可編輯模型進行集成，更重要的是為常用的結構分析軟件提供了雙向連接的可編程接口，即：強大的API接口功能。一旦建模成功，對於橋樑模型的任何構件都可以單獨或整體參數化分析，還可以直接導入信息化管理平臺，對於後期的管理、養護和監測具有很大的幫助。

BIM技術在橋樑養護、管理方面的應用探究，需要建立一個完整的橋樑三維模型（圖2），即：除橋樑結構外，還包括橋樑的各種附屬設施，選擇Autodest平臺的Revit軟件來實現。利用BIM技術，藉助Revit建模軟件，通過構建三維橋樑模型來為養護方案的優化以及數據的採集提供前提，並結合原橋樑上所安裝的傳感器來收集數據建立信息系統。

圖2 Revit橋樑主墩族

基於BIM技術的橋樑養護方案，因其操作對象均是項目信息模型，所以模型構建的第一步工作是應用 BIM 技術。

（三）三維建模

三維可視化模型的建立，最主要的流程是根據橋樑所在位置的地質勘測資料和設計圖紙，通過軟件和Revit平臺，確定橋樑道路中心線、主體結構族和繪製橋樑上部結構的附屬設施，最後在Revit結構項目樣板中，最後根據高程控制和構件的邏輯關係組裝橋樑大致模型，使用Revit內置結構，繪出橋樑剩餘構件，建立橋樑三維可視化模型。（圖3）（圖4）

圖3 橋樑建模思路

圖4 整橋三維模型

（四）基於BIM技術的橋樑可視化模型的特點

橋樑三維可視化模型的建立，每一個構件都採用參數化建模，其三維可視化模型的主要特點有 [7]：

1. 橋樑信息的直觀可視性。橋樑的相關信息以三維模型的形式呈現，直觀可見的三維模型比CAD圖紙更便捷、更直觀；（圖5）

圖5 模型箱梁構造

2.信息的完整統一。橋樑的勘測、設計資料，施工圖紙，參與施工過程人員信息、施工時間與進度信息等相關資料都可以直接反應在模型中。在使用相關資料時，不用翻閱繁瑣的圖紙和相關報表資料。完整統一的信息使橋樑的管理更加信息化，便捷化；

3.三維模型的聯動修改。在二維修改數據，三維模型也會隨之修改做出改變，反之亦然。橋樑的各種數據信息都可以通過對模型的修改來進行模型聯動更新，為技術人員提供了便捷，使工作效率進一步提高。

例如，江蘇省海門市S222線上的興隆大橋在2014年橋樑定期檢查中被評定為三類橋，根據檢測數據及檢測報告情況，南通公路處同江蘇省交通規劃設計院股份有限公司、東南大學聯合成立了該橋的BIM應用技術用於橋樑養護管理的項目小組，運用BIM(建築信息模型)部分研究成果對該橋進行養護管理。根據此，橋樑相關的各類資料通過BIM技術進行整合，並結合三維模型，提高了查詢的便利性。在橋樑檢查現場，移動端軟件內置標準化記錄樣式、構件上佈置二維碼等方法大大提高了檢查工作的準確性和標準化程度，並避免了多次錄入帶來的錯誤。在橋樑現場，通過對橋樑設計、施工資料和以往病害情況的即時查詢，可以及時發現檢查內容的疏漏，避免不必要的補充檢查;病害信息可以進行三維可視化，檢查成果一目瞭然，改變了傳統形式橋樑病害信息應用費時費力的情況。

基於BIM的橋樑養護管理信息平臺

基於橋樑的養護管理階段所涉及到的信息較為廣泛，運用BIM整合這些信息，建立最小單位構件的信息，並且做好構件與構件、構件與部位、部位與部位、部位與整體之間的信息關聯。把橋樑劃分為整體、部位、結構三個層次級別。每一個級別都有各自的ID信息，在確定合適的信息後運用BIM雲平臺擬建專家智庫來進行綜合的管理與應用（圖6）。

（一）養護計劃提醒

根據養護需求編制相應的養護計劃，並在BIM模型設置特定的啟動時間或者啟動前提，實現養護計劃的自動預警，可以根據實際要求精確有序的制定維修養護。

（二）信息共享和實時傳遞

傳統橋樑的日常養護和定期檢測中需對發現的病害信息進行現場拍照並登記到紙質記錄本上，再進行相關內業工作。

BIM平臺會根據現場監控檢查和人員的監測得到橋樑病害的資料，隨著不同職能在平臺的不同等級權限的逐級上報，及時提醒主要負責人處理，再由負責人逐級處理反饋給相關同事，及時處理橋樑病害問題。橋樑病害發現上報反饋的同時，BIM平臺會自動生成報表和相關記錄資料，並在後臺進行保存。後臺記錄的橋樑編號、構件二維碼是整個病害記錄的重要標識。整體的編號是辨明哪座橋樑出現病害，部分編號是標識橋樑上部結構還是下部結構出現問題，構件編號是記錄具體哪一構件出現病害，有序的記錄方便逐條檢查。二維碼是每一個構件的具體標識，包括：名稱、類型、材料、備註、構件位置、基本屬性關聯資料、關聯表單等都能具體表現。構件的病害具體位置由三維模型中的三維座標對應一一體現，可以根據自身屬性參數具體體現病害類型和特徵參數，並記錄成表保存，方便病害記錄的查看。

（三）橋樑健康雲檔案

在橋樑日常養護中結合雲平臺BIM三維模型，根據現場實際情況，結合橋樑資料，逐步建立健全橋樑的健康檔案，每一次病害的維護都能記錄，為下一次相同的病害，或者其他橋樑近似的病害提供參考經驗，節省人力、物力，使橋樑養護工作更加高效，形成養護記錄進度表，使問題的追溯實現可視雲痕跡化管理。

（四）平臺專家智庫

橋樑結構所處的外界環境惡劣，在結構的服役過程中經常有病害發生，在運維管理中對病害進行歸類、分析，通過關聯維修養護過程，逐步形成管養知識庫、合作平臺，利用平臺與橋樑領域方面專家、學者對問題進行分析、探討、解決及成果發佈。

（五）輔助培訓新員工

通過將橋樑結構信息完整準確地展現在新員工面前，進行可視化問題處理，並建立相應環節的問題庫，解決方案及應急處置預案，並以直觀的方式展示出來，使新員工快速學習，這將是一種高效的培訓平臺。

BIM三維技術的橋樑養護管理信息平臺不同於以往的二維平面靜態管理，其內容更為豐富、操作更直接、圖像更直觀。本文針對BIM技術在橋樑養護方面的應用，從橋樑養護的BIM三維模型建立、信息參數化建設、橋樑病害在BIM三維模型的可視化處理、BIM技術在設計施工後的養護運營管理及結合BIM模型自我養護隊伍的培養等方面進行探索，從理論上指出利用BIM技術可以高效的進行橋樑養護信息化管理，通過本次BIM技術的應用探究為以後BIM技術在橋樑養護管理信息系統建設工作中提供參考意見。

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