近年来中国的桥梁建设事业正蒸蒸日上，伴随着国家“一带一路”的倡议，交通基础设施的“中国建造”正在走向世界，而桥梁作为“大交通”概念中的重要组成部分。目前我国的桥梁养护现状是工作手段落后，管理系统滞后，还存在管理手段机械化，危害记录平面化，资料管理台账化的静态管理状态。通过利用基于BIM的桥梁信息化养护技术将实现桥梁的智能化管理及养护是未来桥梁养护管理的发展方向，值得探究。

高速公路桥梁养护技术

桥梁是高速公路安全畅通的重要保障，因此对高速公路桥梁的养护及日常管理工作就显得尤为重要。

（一）桥梁状况检查

根据我国现有的相关规定和操作规范，高速公路上桥梁状况的检查一般可以分为月检、季检、年检和相关专门性检查四个方面[1]。高速公路桥梁检查的内容主要包括以下三个方面：

1.检查资料的收集和整理。。

2.桥梁结构尺寸和结构性能检测。

3.桥梁结构缺陷检测，包括桥梁混凝土外观检查、桥梁结构裂缝检查和桥梁结构变形情况检查等。

（二）现运行桥梁存在的主要问题分析

1.桥况不明

建成多年的桥梁由于技术资料不及时归档或遗漏造成原始资料不全、遗缺；新建桥梁资料不全，桥梁技术状况不清楚等，桥梁原始资料未能及时提供给养护单位，造成养护单位对原始资料不清楚[2]。

2.桥面严重超载，超负荷工作

我国现运营的公路桥梁还有许多修建于八十年代以前，设计荷载等级偏低，与现行实际运行荷载差距较大，承载能力不足，已不适应目前高速公路中交通量增大，超重车、集装车、大吨位车增多的新形势，造成桥梁承受不起日益增长的负荷而成为危桥 [3] 。

3.桥面修复不及时

桥面铺装损坏修复不及时，造成桥面不平整而使车辆颠簸，影响车速，增加桥梁构件的疲劳，缩短了桥的使用寿命导致提前大修。

4.隐蔽结构上的安全隐患和病害

由于桥梁设计与施工的不合理，桥梁投入运营后，桥梁的隐蔽构件特别是在桥面以下或高空中的构件，在日常养护中没有及时修补形成病害，处理不及时可能酿成大祸。

（三）传统桥梁检测的局限性

传统桥梁检测是通过人工目测检查或借助于便携式仪器测量得到的信息对桥梁结构的安全状态进行评估，在实际应用中具有很大的局限性[4]。

1.现代大型桥梁在布局和结构上较为复杂，许多构件繁多且复杂，高空中的构件和桥面以下的隐蔽工程部位不能直接靠近观察，需要耗费大量人力、物力；

2.受检测人员个人因素影响较大，主观性强，难于量化；

3.桥梁缺损程度判定信息少，缺少整体性。人工检查以单一构件为对象，只能提供局部的检测和诊断信息，而不能提供整体全面的结构健康检测和评估信息；

4.桥梁的缺损处理方案不明确，对于构件的针对性较差，辅助分析欠缺；

5.时效性差，影响交通。对于大型的桥梁通常需要搭设观察平台或用观测车辆，无可避免需要实施交通控制，并且检查周期较长。

综上所述，传统养护自身的局限性已经不太适应现阶段桥梁养护的新需求和新形势，急需采用系统、科学、安全、有效、稳定耐久和经济合理的健康监测与安全评价系统来管理桥梁的养护工作，为桥梁的安全运行保驾护航。

BIM技术

（一）BIM概念

BIM(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据为基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[5]。

首先，BIM技术实现了模型的可视化，大大降低了由于二维图纸所带来的诸多不便和沟通误区，真正达到了“所见即所得”的效果，使得无论是设计、施工，还是后期运营维护阶段，所有过程都更加的直观。其次，BIM技术除了对3D 模型具有表达外，还包括BIM 4D(3D基础上加上时间轴)、BIM 5D（3D模型+1D进度+1D造价的五维建筑信息模型）。BIM技术的真正精髓在于将数量庞大的数据项目信息进行整合，使其贯穿于工程项目的整个生命周期，提供全信息档案，实现智能化数据采集与管理。

在桥梁的养护方面，利用BIM技术，借助建模软件。首先，可通过构建三维桥梁模型来为养护方案的优化及数据的采集提供可视化沟通，为后续一定数量传感器的布置提供依据。其次，针对桥梁养护运维，利用BIM技术建立三维可视化、面向桥梁运维养护的桥梁信息系统，实现了养护相关的现场信息采集和养护信息组织及病害三维展示。同时，BIM技术为了更好地为桥梁养护服务，桥梁既有的前期信息，如：规划、设计、施工的信息也一并纳入了信息系统。

（二）桥梁工程中BIM建模软件简介

由于桥梁工程的重要性及复杂性，所有的桥梁问题都不能单独的依靠某一个软件加以解决。对于全寿命周期的桥梁建设过程，涉及的专业很多，参与的人员复杂，建模过程所涉及的软件也就多种多样。基于BIM技术的三维模型是一个信息系统模型，囊括设计、施工和运营阶段的全部信息。

目前，用于BIM的核心建模软件市面上非常多，主要有Autodesk、Bentley、Graphisoft 和Dassault[6]。其中，流行和使用广泛的是Autodesk平台的Revit，该软件为使用者提供了丰富且强大的族库，实现了协同设计的前期准备工作，主要包括：多工种专业间协同模式的选择方式、准备了一些适应多工种的视图环境和模板文件及设计了适合多工种协同的族库。Navisworks根据构件类型标记为不同颜色：未处理、待处理、正在处理、处理完成等，处理方案数据均可以二维码形式录入（图1）。

图1 基于Navisworks碰撞检测三维效果图

目前市面上主流的BIM平台都完美支持Revit模型，使用Revit设计桥梁会让后期BIM平台的选择范围非常广。Revit模型中，平面图、三维图和明细表等都是建立在同一个建筑信息模型的数据库中，它可以收集到建筑信息模型中的所有数据，并在项目的其它表现形式中可以协调信息，以便实现模型中的参数化（参数化是指模型中可以通过设置参数的形式建立各个建筑结构图元之间的关系）。Revit模型还具有结构设计和建模的强大工具，可以将复杂材质的物理模型和单独的可编辑模型进行集成，更重要的是为常用的结构分析软件提供了双向连接的可编程接口，即：强大的API接口功能。一旦建模成功，对于桥梁模型的任何构件都可以单独或整体参数化分析，还可以直接导入信息化管理平台，对于后期的管理、养护和监测具有很大的帮助。

BIM技术在桥梁养护、管理方面的应用探究，需要建立一个完整的桥梁三维模型（图2），即：除桥梁结构外，还包括桥梁的各种附属设施，选择Autodest平台的Revit软件来实现。利用BIM技术，借助Revit建模软件，通过构建三维桥梁模型来为养护方案的优化以及数据的采集提供前提，并结合原桥梁上所安装的传感器来收集数据建立信息系统。

图2 Revit桥梁主墩族

基于BIM技术的桥梁养护方案，因其操作对象均是项目信息模型，所以模型构建的第一步工作是应用 BIM 技术。

（三）三维建模

三维可视化模型的建立，最主要的流程是根据桥梁所在位置的地质勘测资料和设计图纸，通过软件和Revit平台，确定桥梁道路中心线、主体结构族和绘制桥梁上部结构的附属设施，最后在Revit结构项目样板中，最后根据高程控制和构件的逻辑关系组装桥梁大致模型，使用Revit内置结构，绘出桥梁剩余构件，建立桥梁三维可视化模型。（图3）（图4）

图3 桥梁建模思路

图4 整桥三维模型

（四）基于BIM技术的桥梁可视化模型的特点

桥梁三维可视化模型的建立，每一个构件都采用参数化建模，其三维可视化模型的主要特点有 [7]：

1. 桥梁信息的直观可视性。桥梁的相关信息以三维模型的形式呈现，直观可见的三维模型比CAD图纸更便捷、更直观；（图5）

图5 模型箱梁构造

2.信息的完整统一。桥梁的勘测、设计资料，施工图纸，参与施工过程人员信息、施工时间与进度信息等相关资料都可以直接反应在模型中。在使用相关资料时，不用翻阅繁琐的图纸和相关报表资料。完整统一的信息使桥梁的管理更加信息化，便捷化；

3.三维模型的联动修改。在二维修改数据，三维模型也会随之修改做出改变，反之亦然。桥梁的各种数据信息都可以通过对模型的修改来进行模型联动更新，为技术人员提供了便捷，使工作效率进一步提高。

例如，江苏省海门市S222线上的兴隆大桥在2014年桥梁定期检查中被评定为三类桥，根据检测数据及检测报告情况，南通公路处同江苏省交通规划设计院股份有限公司、东南大学联合成立了该桥的BIM应用技术用于桥梁养护管理的项目小组，运用BIM(建筑信息模型)部分研究成果对该桥进行养护管理。根据此，桥梁相关的各类资料通过BIM技术进行整合，并结合三维模型，提高了查询的便利性。在桥梁检查现场，移动端软件内置标准化记录样式、构件上布置二维码等方法大大提高了检查工作的准确性和标准化程度，并避免了多次录入带来的错误。在桥梁现场，通过对桥梁设计、施工资料和以往病害情况的即时查询，可以及时发现检查内容的疏漏，避免不必要的补充检查;病害信息可以进行三维可视化，检查成果一目了然，改变了传统形式桥梁病害信息应用费时费力的情况。

基于BIM的桥梁养护管理信息平台

基于桥梁的养护管理阶段所涉及到的信息较为广泛，运用BIM整合这些信息，建立最小单位构件的信息，并且做好构件与构件、构件与部位、部位与部位、部位与整体之间的信息关联。把桥梁划分为整体、部位、结构三个层次级别。每一个级别都有各自的ID信息，在确定合适的信息后运用BIM云平台拟建专家智库来进行综合的管理与应用（图6）。

（一）养护计划提醒

根据养护需求编制相应的养护计划，并在BIM模型设置特定的启动时间或者启动前提，实现养护计划的自动预警，可以根据实际要求精确有序的制定维修养护。

（二）信息共享和实时传递

传统桥梁的日常养护和定期检测中需对发现的病害信息进行现场拍照并登记到纸质记录本上，再进行相关内业工作。

BIM平台会根据现场监控检查和人员的监测得到桥梁病害的资料，随着不同职能在平台的不同等级权限的逐级上报，及时提醒主要负责人处理，再由负责人逐级处理反馈给相关同事，及时处理桥梁病害问题。桥梁病害发现上报反馈的同时，BIM平台会自动生成报表和相关记录资料，并在后台进行保存。后台记录的桥梁编号、构件二维码是整个病害记录的重要标识。整体的编号是辨明哪座桥梁出现病害，部分编号是标识桥梁上部结构还是下部结构出现问题，构件编号是记录具体哪一构件出现病害，有序的记录方便逐条检查。二维码是每一个构件的具体标识，包括：名称、类型、材料、备注、构件位置、基本属性关联资料、关联表单等都能具体表现。构件的病害具体位置由三维模型中的三维坐标对应一一体现，可以根据自身属性参数具体体现病害类型和特征参数，并记录成表保存，方便病害记录的查看。

（三）桥梁健康云档案

在桥梁日常养护中结合云平台BIM三维模型，根据现场实际情况，结合桥梁资料，逐步建立健全桥梁的健康档案，每一次病害的维护都能记录，为下一次相同的病害，或者其他桥梁近似的病害提供参考经验，节省人力、物力，使桥梁养护工作更加高效，形成养护记录进度表，使问题的追溯实现可视云痕迹化管理。

（四）平台专家智库

桥梁结构所处的外界环境恶劣，在结构的服役过程中经常有病害发生，在运维管理中对病害进行归类、分析，通过关联维修养护过程，逐步形成管养知识库、合作平台，利用平台与桥梁领域方面专家、学者对问题进行分析、探讨、解决及成果发布。

（五）辅助培训新员工

通过将桥梁结构信息完整准确地展现在新员工面前，进行可视化问题处理，并建立相应环节的问题库，解决方案及应急处置预案，并以直观的方式展示出来，使新员工快速学习，这将是一种高效的培训平台。

结语

BIM三维技术的桥梁养护管理信息平台不同于以往的二维平面静态管理，其内容更为丰富、操作更直接、图像更直观。本文针对BIM技术在桥梁养护方面的应用，从桥梁养护的BIM三维模型建立、信息参数化建设、桥梁病害在BIM三维模型的可视化处理、BIM技术在设计施工后的养护运营管理及结合BIM模型自我养护队伍的培养等方面进行探索，从理论上指出利用BIM技术可以高效的进行桥梁养护信息化管理，通过本次BIM技术的应用探究为以后BIM技术在桥梁养护管理信息系统建设工作中提供参考意见。

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