【BIM技术】BIM技术与智慧桥梁完美结合

BIM、物联网、云计算等为代表的新一代信息技术与传统行业的不断融合，促使智慧桥梁应运而生…

伴随高速铁路的快速发展，我国先后建成了武汉天兴洲长江大桥、南京大胜关长江大桥、济南黄河大桥、铜陵长江大桥等一批具有代表性的铁路或公铁两用大跨度桥梁。它们不仅体积大、荷载重、运营速度快，而且结构新颖，设计美观，表明我国建桥水平已跃升于世界先进行列。

南京大胜关长江大桥

目前，桥梁工程管理模式依旧是“设计-施工-管养”，面对不同管理者，相关信息在传递过程中可能出现失真甚至丢失的现象。

• 以二维图纸作为信息载体，不易携带、传递和保存，且非专业人士较难理解。

• 关键工序采用传统施工机具，效率偏低且人为因素影响大，施工信息沟通协调不足、追踪性差。

• 桥梁管养依靠定期检定和人工巡检，未将设计、施工及各种监(检)测数据进行联动分析。

  建设智慧桥梁需要从项目全生命周期角度出发，以BIM技术为核心，以移动互联网等先进信息技术为手段，通过打破信息断层，有效控制工程信息的采集、加工、存储和交流，构建信息的创造、传递、评估和利用的良性循环机制。实现智慧设计、智慧建造和智慧管养，支持决策者对项目进行合理的协调、规划和控制，进而不断提升桥梁技术创新、信息化和智能化水平。

  

  铜陵长江大桥

  智慧设计

  参数化建模

  通过控制多类型参数，调整模型中数据关系，实现模型的几何和类型参数变化，从而适应复杂多变的结构设计，提高建模效率。

  

  钢桥面板参数化模型

  构件库和模型库

  基于参数化建模，搭建桥梁构件库和模型库，累积标准构件的几何尺寸、属性信息，提高设计效率及质量。

  BIM模型与FEM分析软件的衔接

  结合第三方网格划分软件或利用Python，c/c++等编程语言进行二次开发，开发与主导有限元分析软件的无缝接口，实现数据模型无损传递，避免重复工作，提高分析效率。

  智慧建造

  数字化施工

  借助物联网技术，及时采集建造过程中的关键数据和信息，并通过互联网实时上传到管理平台，实现关键参数量值、关键工序质量的有效把控。利用BIM模型所包含构件的几何尺寸信息，与大型机械设备进行无缝对接，直接生成下料、加工等信息，省略二次翻图转换工序，提高自动化水平。

  

  “法国第一高桥”米洛高架桥

  虚拟施工

  构建施工设备、施工工艺等相关族库，在工程正式施工前，利用BIM技术进行施工4D虚拟建造，通过可视化的预演练和施工过程模拟，检查设备空间位置和工艺实施的可行性，进而优化施工组织方案，减少返工，切实提高工效。

  

  连接欧亚大陆的土耳其博斯普鲁斯跨海大桥

  施工信息管理

  集成建设、施工、监理、监控等各参与方的具体要求，依据规范标准，实现进度、安全、成本等施工信息的采集、存储、分析和反馈，对物料、设备等资源进行动态管控，获取有效施工信息。施工信息管理不仅可以实现施工质量的追踪，更为竣工验收资料的交付提供基础。同时融入施工计算分析模块，可为施工人员提供技术支持，极大方便了现场应用。

  

  英国盖特谢德“眨眼桥”可升降让游船通过

  智慧管养

  人工巡检

  针对工务部门的现场检查，直接利用移动终端进行数字化信息采集，实时上传病害描述、照片和视频等内容，免去了“手工记录一数据录入一导人系统”的繁琐步骤，不仅提高了巡检效率，实现病害的立体展示，而且有利于病害的可持续追踪，方便追溯管理。

  病害库及专家远程会商

  该模块实现了运营期间病害的分类管理，关联有效处理措施及维修养护过程，形成规范的管养步骤和流程。针对新病害，采取专家远程会商，及时获取有效处理措施，并补充和完善病害库，形成有机良性循环。

  

  病害处理流程

  基于“状态修”的管养

  基于互联网、物联网和云计算技术，搭建基于车-线-桥的数字化管养系统，集成智能巡检、病害库和知识库管理等模块。综合设计、施工、联调联试等信息，利用大数据技术对多源数据进行分析和深度挖掘。结合相关规范、标准，梳理并构建桥梁结构性能评价的基本指标体系，最终实现基于“状态修”的智慧管养体系，为今后类似工程的设计、施工和运营提供技术依据。

  

  状态修”管养模式流程

  关键技术

  智慧桥梁相关标准体系

  在铁路BIM联盟相关标准体系下，基于铁路桥梁特点，需要建立统一的BIM模型、数据传递交换、存储、交付、实施、管理等相关指南，形成智慧桥梁BIM技术应用标准体系。

  基于BIM技术的项目协同综合管理平台

  搭建面向多参与方、多阶段的BIM管理平台，为各阶段的BIM应用及各参与方的数据交换提供一体化信息平台支持，打造各方信息无损传递和数据共享的生态链。

  构件库、模型库的建设

  基于参数化建模，搭建桥梁构件库和模型库，累积标准构件的几何尺寸、属性信息，提高设计效率及质量。

  模拟与分析

  研究基于BIM模型的数值模拟和空间分析，实现与力学分析软件的接口设计，完成建模、计算、分析评估和优化的成套流程。

  数字化施工与施工管理系统

  基于BIM技术，搭建多维施工管理系统，完善和集成多个数字化施工模块，实现不同阶段信息的关联查询，追溯管理。实现施工信息资源的智能化、标准化、专业化的深层次应用，达到提升桥梁工程结构建造质量和管理水平的目的。

  多源数据综合分析技术

  集设计、建造、联调联试、试验、智能巡检及车-线-桥环境耦合系统等多源数据于一体，利用大数据技术，通过数据挖掘、预测分析、关联分析等专用算法库和模型库，将不同阶段的数据进行综合分析和高效利用，为大桥进行状态诊断、预测分析和健康管理提供基础。

  基于全生命周期的BIM运维管理系统研究

  融合先进信息技术，建立包括结构设计、施工、运营、养护维修等内容的全生命周期BIM管养系统，将动态轨检车、静态轨道监测系统、桥梁结构监测系统、工务监(检)测等信息纳入多维度的监测内容。采取多源数据分析手段，借助大数据分析技术，构建结构性能评判、预测和健康管理的综合技术体系，实现大桥维护管理的信息化、自动化和智能化，最终实现基于“状态修”的桥梁管养模式升级。

  伴随BIM、移动互联网、物联网、云计算及大数据等技术的广泛应用，传统土木行业正经历向智慧产业发展的信息革命。未来桥梁正在向更智能、更安全、更经济、更耐久、更环保、更美观的方向发展。

  参考文献：

  潘永杰，等.《智慧桥梁理念的探索》.

  

  微信公众号：xuebim

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