(重慶交通大學 重慶 400074)

一、簡介

BIM是一種智能3D信息模型，通過提供一種機制，計算機程序可以處理和解釋用于促進決策的工程數(shù)據(jù)，從而可以加強對項目的知識管理。 在工程項目中使用BIM可以帶來明顯的收益。例如，它可以顯著降低錯誤風險并提高決策過程的效率，從而降低成本。正因為如此，它被認為是強大的工具，在建筑工程行業(yè)內(nèi)有多種應用。

BIM在建筑行業(yè)中的應用已經(jīng)很多。但是，基礎設施領域中BIM的應用剛剛起步。相關的研究數(shù)量非常有限，因此BIM在基礎設施領域中有巨大的潛力，特別是在橋梁領域。一般來說，橋梁項目的生命周期由四個主要階段組成：計劃，設計，施工，運營。由于運營階段占用大部分時間，并且在整個生命周期中具有巨大的信息和管理工作量。在這個階段的成本遠遠超過了施工階段的成本。近年來，在施工過程中的BIM應用有顯著增加，但在運營階段中，BIM應用卻很少。因此，BIM在運營階段具有顯著的潛在價值。

二、傳統(tǒng)橋梁養(yǎng)護

(一)傳統(tǒng)橋梁養(yǎng)護過程

傳統(tǒng)的橋梁養(yǎng)護可以分為四個部分：1.檢測與監(jiān)測：對于中小型橋梁，主要依靠人工紙質(zhì)數(shù)據(jù)采集。檢查員結合目視檢查和設備檢查來觀察和收集數(shù)據(jù)。2.條件評估：在對收集的數(shù)據(jù)進行整理后，檢查員會將這些數(shù)據(jù)與相應規(guī)范進行比較，并評估橋梁各單元的狀況，然后編寫與全橋狀況相關的橋梁檢查報告。3.決策：檢查報告將交給資產(chǎn)所有者，并根據(jù)實際情況作出最終決定。4.修復：一旦資產(chǎn)所有者決定修復受損橋梁。根據(jù)檢查報告和養(yǎng)護規(guī)定，將聯(lián)系施工方到現(xiàn)場進行維修或重建。此外，養(yǎng)護工作將被記錄和評估。

(二)傳統(tǒng)橋梁養(yǎng)護缺陷

基于上述情況，目視檢查和人工評估在橋梁養(yǎng)護過程中扮演重要角色。但這些方法有局限性：1.目視檢查是主觀的，取決于橋梁檢查員是否能夠正確收集所有需要的信息; 2.檢查員只記錄缺陷的類型，數(shù)量和嚴重程度，而不記錄詳細的損傷位置; 3.即使安裝在橋上的傳感器可以收集準確的機械數(shù)據(jù)，但由于這些傳感器是分散設置的，所以它們?nèi)圆荒鼙硎颈粰z測結構的完整表面性能; 4.現(xiàn)場的檢查員可能會遇到一些安全問題。

三、橋梁養(yǎng)護中BIM及相關技術

最近，BIM，GIS，VR等信息通信技術在橋梁養(yǎng)護階段越來越受歡迎。在本節(jié)中，總結了許多可以用于橋梁養(yǎng)護的BIM及相關技術。這些技術不僅可以提供設計和管理的先進工具來克服傳統(tǒng)方法的缺陷，還可以改善不同組織之間的協(xié)作。

(一)準備階段：數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫技術在這個領域顯示出巨大的潛力。有價值的信息都可以被捕獲并存儲在數(shù)據(jù)庫中，然后可以根據(jù)特定的標準自動提取。所有參與項目的人都可以根據(jù)具體目的查看所需信息，這將顯著提高工作的便利性。此外，從過去的事故中學習并獲得有用的經(jīng)驗，從而可以對未來工作中危害的更好預防。

(二)檢測階段：激光掃描 。由于照片質(zhì)量或照明條件差，基于視覺的檢查可能會有誤差。為了避免物理檢測的局限性，3D激光掃描技術可作為一種可選方法。它是一種準確無接觸的方式，可以收集難以到達的區(qū)域的表面信息。激光掃描是最流行的測量工具，并已廣泛應用于建筑工程領域。它可以以非常高的精度直接獲得三維數(shù)據(jù)(在50米處大約2-6毫米)和高測量率(高達960,000點/秒)。但是，這個方法有其局限性，無法獲取語義信息對建筑構件進行評價，因此，引入建筑信息建模技術并將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹IM模型具有重要意義。

(三)評估階段：BIM可視化。作為數(shù)字化的結果， BIM的應用可以給建筑工程行業(yè)帶來的諸多益處。BIM重要的優(yōu)點之一是數(shù)字模型允許用戶存儲大量信息，隨后可以將數(shù)據(jù)可視化，從而提高對項目的理解。一個概念框架被開發(fā)出來，其中包括使用Revit對橋梁的不同單元進行建模，并隨后為其分配條件狀態(tài)。不同顏色用于表示各種條件，根據(jù)標準分級規(guī)范分為四類：條件1表示單元處于良好狀態(tài);條件2表示單元處于普通狀態(tài);條件3表示單元處于不良狀態(tài);條件4表示單元處于非常糟糕的狀態(tài)，如下圖所示。在這種情況下，BIM可以促進共享缺陷位置和嚴重性的信息，可以將這些信息可視化來幫助決策者進行決策。

(四)決策階段：地理信息系統(tǒng)。BIM可用于描述使用詳細屬性和幾何的建筑項目，而地理信息系統(tǒng)(GIS)可以獲取，整合，評估和表達各種形式的地理數(shù)據(jù)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，GIS可以大大降低估算成本，提高可視化質(zhì)量。

集成GIS和BIM系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)之一是避免數(shù)據(jù)丟失。研究GIS和BIM可以集成的最有效的方法大致有三條路徑: (1) 那些專注于GIS的人贊成將BIM數(shù)據(jù)集成到GIS領域的方法，以創(chuàng)建一個采用GIS規(guī)則和技術的概覽系統(tǒng)。 (2) 那些專注于BIM的人傾向于在嘗試對地理空間信息(如地下管道，道路和地形)進行建模之前，先用高級語義對3D建筑進行詳細建模。(3) 第三種方法是將BIM和GIS集成到一個新的平臺中。

迄今為止，BIM和GIS系統(tǒng)的全面集成尚未實現(xiàn)。然而，人們已經(jīng)投入了大量的精力來探索可能的最佳方法。

(五)修復階段：虛擬現(xiàn)實。橋梁維修的修復和重建階段與施工階段非常相似。因此在此階段需要評估現(xiàn)場安全風險。

虛擬現(xiàn)實技術可以用來消除風險并為現(xiàn)場工作人員提供適當?shù)呐嘤枴Ｌ摂M現(xiàn)實(VR)用計算機對真實場景和事件進行模擬。例如，利用虛擬3D交互技術來培訓現(xiàn)場工作人員并突出現(xiàn)場風險。有研究者開發(fā)了一個多用戶交互式平臺，學員可以在平臺上玩游戲。隨后，他們利用該平臺開展安全培訓，加強了施工現(xiàn)場的安全管理。研究結果表明，虛擬培訓環(huán)境可以幫助員工學習安全施工方法和流程，還可以幫助學員識別哪里存在危險。

四、總結

本文回顧了現(xiàn)有的BIM及相關技術，總結了他們的優(yōu)勢和缺陷。如文獻指出的，已有大量的BIM技術可以改進橋梁養(yǎng)護過程。這些先進的技術可以消除方法許多限制，并可以提高了橋梁管理的可靠性和效率值得注意的是，本文中描述的大多數(shù)研究仍處于概念階段。例如，一些整合GIS和BIM的努力并未完全成功。糾正數(shù)據(jù)層面存在的問題并不容易。因此，在實際項目中應用BIM方法前，還有很多工作要做。

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