BIM携手PHM助力高速铁路大型桥梁养护维修

与普速铁路常见桥梁相比，高速铁路大型桥梁不仅结构形式更加多样，对变形控制要求更高，检查项目更复杂，而且运营特征也不相同，加之天窗时间多在凌晨且时间短，因此检查维修困难。而PHM技术能借助智能系统的诊断与预测，可用于指导高速铁路大型桥梁的养护维修，目前，我国高速铁路正引入PHM技术，那么，BIM与PHM的碰撞会对高速铁路大型桥梁养护维修产生什么样的影响呢？高速铁路大型桥梁养护维修PHM系统为您揭开谜底。

下面，听小编为您解读PHM技术是怎样与BIM技术结合服务高速铁路大型桥梁养护维修的吧。

现状分析

我国高速铁路运营基本采用委托运输模式。大型桥梁养护维修工作一般由铁路局高速铁路或高速普速铁路混合工务(桥工)段具体负责，采用检养修分开生产组织模式，主要通过周期性检查发现和评估桥梁病害，依据TG/GW 114-2011开展养修工作，部分大型桥梁在建设期同步研发并安装了桥梁结构健康监测系统。

当前高速铁路大型桥梁的养护维修有如下现状：

重建轻养。

检修人员、设备、时间不足。

检查监测技术落后，评估标准体系不完善，监测系统智能化分析和自动管理能力不足。

以周期性检查和“头痛医头”的“状态修”为主，难以及时发现病害。

缺少针对性的养修规范或手册。

目前，高速铁路桥梁管理养护主要通过安装健康监测系统，综合检测车巡检，以及设备管理部门按照TG/GW 114-2011要求进行日常管理养护相结合的方式实现。

这种方式有如下不足之处:

少长期、大范围的观测，对其运营期服役状态和变化规律掌握不够，缺乏相应的状态数据来指导日常养修。

即便安装了健康监测系统，但是管理养护数据的信息化程度偏低，与桥梁健康监测系统的关联度小，不能进行联动分析，因此无法开展大桥的故障诊断、状态预测和健康管理。

系统介绍

高速铁路桥梁投入运营后，其服役状态与结构设计、施工材料和工艺、竣工状态、运营情况、养护维修方式和频度等密切相关。如何进行各类数据的有效采集、分析和应用，并通过设备故障诊断、预测分析和健康管理提升设备维护管理的科学性，国内外尚没有成熟的先例可循。高速铁路大型桥梁养护维修PHM系统借助3S网络架构和BIM技术，基于车-线-桥-环境一体化监测和智能巡检，利用融合技术对多源数据开展历史趋势分析与相关性研究，实现桥梁病害的诊断与预测，对桥梁健康状态进行综合评估，通过实时监测和视情维修进行RAMS(可靠性、可用性、可维护性和安全性)高速铁路管理。

系统架构

PHM系统整体架构如图1所示。

图1 大型桥梁PHM系统整体架构

3S网络架构

高速铁路大型桥梁养护维修PHM系统依托客户端(C/S)、广域网(B /S)、移动互联网(M/S) 3S网络架构，借助移动设备使检修现场作业信息化、简洁化、标准化。特定用户可通过浏览器实现远程数据录人、查询及管理，C/S客户端则提供了PHM系统各模块的直接操作和综合管理。大型桥梁PHM系统3S网络架构见图2。

图2 大型桥梁PHM系统3S网络架构

BIM技术

通过建立桥梁BIM模型展示桥梁三维模型与概况，将桥梁结构形式等进行直观的展示，并可实现二维图纸与三维模型的自动关联查看。在桥梁三维模型中显示传感器测点布设位置，并链接到监测数据。可在BIM模型中直观展示桥梁的病害，显示重点病害的统计信息及关于桥梁检养修的记录与计划。

在线健康监测

PHM系统利用桥梁结构健康监测系统对结构的损伤位置和程度进行实时诊断，对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，在特殊天气或桥梁运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁的维护、养护与管理决策提供依据和指导。桥梁健康监测系统的组成与功能如图3所示。

图3 桥梁健康监测系统

对于高速铁路大型桥梁来说，不仅要监测桥梁结构本身的承载力状态和使用性能，更要实时监测桥上轨道的状态，以确保列车安全运营。实时掌握桥址环境，为恶劣天气条件下桥梁的交通通行或关闭决策提供依据。大型桥梁PHM系统中桥梁健康监测内容主要包括桥址环境，桥梁结构响应和轨道状态3个方面。

智能巡检

智能巡检是健康监测系统的有效补充。它通过结合日常人工巡检和定期检测工作，对桥梁部件或单元的损伤部位、类型和程度进行数据采集和巡检管理。人工日常巡检时，借助巡检移动设备APP，关联桥梁BIM模型和桥梁病害库，随时随地调取巡检计划与任务，现场按管理单元快速定位桥梁损伤并实时录人，自动对桥梁单元的各类损伤进行记录、统计和智能分析。

关键技术

高速铁路大型桥梁养护维修PHM系统运用BIM技术，对影响桥梁服役状态的环境、建设及运营维护数据进行集成。采用大数据分析建模技术，对桥梁进行状态诊断、预测分析和健康管理，为养护维修提供支持。PHM系统的关键技术如下:

车-线-桥-环境开展一体化实时监测与检测。高速铁路大型桥梁PHM系统是对列车、轨道、桥梁、桥址环境等关键信息的综合监测与检测，对这4方面的数据进行集成。通过健康监测系统对桥梁主体结构、轨道状态、列车荷载、桥址环境进行实时监测，通过智能巡检系统对桥梁主体结构、次要部位或附属设施的病害进行检查评估。

多源数据综合分析。将不同阶段的数据源进行数据集成，按“设备-地理-时间”三维数据空间组织进行存储管理。采用大数据分析建模技术，通过数据挖掘、预测分析等专用算法库和模型库，基于车-线-桥-环境耦合理论，对大桥进行状态诊断、预测分析和健康管理研究，为养护维修提供支持。

PHM技术正处于初级发展阶段，为更好地服务于高速铁路桥梁的管理养护，应加强以下3方面的研究:

传感器技术。PHM技术有赖于先进传感器的开发应用。传感器应具备高精度、高可靠性和高耐久性，更为低廉的价格也是重要发展要求。

健康监测数据分析。健康监测数据是随机过程数据，其可靠性和稳定度受多个因素影响，各类传感器的数据存在着一定的相关性，故大量监测数据的深化分析是一个难点。

数据融合和推理决策。目前PHM系统对于数据的处理还远谈不上数据融合，某种意义上更像是存放各类数据的“电子图书馆”。如何结合健康监测数据和人工巡检数据来评估桥梁病害和健康状态以指导桥梁养护维修，如何利用各类监测数据开展车-线-桥-环境4类信息的综合分析，提高故障诊断与预测的能力和置信度，如何关联和融合桥梁全寿命周期内的人、机械、材料、时间信息，提供合理决策以降低总费用，均是有待解决的难题。

参考文献

杨怀志，《高速铁路大型桥梁养护维修PHM系统应用初探》

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