薛 彤 李家松 淮安市市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)中心，淮安 223000

吳家棟 中設(shè)設(shè)計集團(tuán)股份有限公司，南京 210000

淮安市清浦大橋于2009年竣工投入使用，是淮安市建成區(qū)唯一一座自錨式懸索橋，目前已運(yùn)營超過10年。該橋橋梁跨徑組成為：（20.75m+26.25m）砼箱梁+132.5m鋼箱梁+（26.25m+20.75m）砼箱梁，按照《城市橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，筆者單位每年對該橋進(jìn)行檢測和養(yǎng)護(hù)維修。根據(jù)歷年檢測結(jié)果，為更好地提高自錨式懸索橋管養(yǎng)水平，本文以淮安市清浦大橋?yàn)槔?，針對該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力分析，設(shè)計本橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)；以BIM核心軟件Revit為平臺構(gòu)建本項(xiàng)目健康監(jiān)測的BIM模型；BIM模型經(jīng)Revit的BimAngle.ForgeEngine插件導(dǎo)出為*.glft和*.json文件集合，文件集合通過WebGL和tree.js輕量化處理后加載到監(jiān)測系統(tǒng)中；傳感器族唯一ID與現(xiàn)場設(shè)備唯一編號關(guān)聯(lián)對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)展示；比對傳感器族的閾值屬性和實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示監(jiān)測部位健康狀態(tài)。

1 橋梁健康監(jiān)測方案

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（Bridge?Structural?Health?Monitoring，BSHM）是指采用新型的傳感、通信等技術(shù)，在橋梁關(guān)鍵截面和構(gòu)件上布置安裝傳感器等測試元件，以達(dá)到監(jiān)測橋梁所處環(huán)境及各種激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)等信息的目的。盡管橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)在規(guī)模、功能模塊等方面有所差異，但通常都由功能模塊組成。

1.1 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

本項(xiàng)目自錨式懸索橋于2009年建成通車，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)于2019年實(shí)施運(yùn)行。整個監(jiān)測系統(tǒng)共布設(shè)151個監(jiān)測點(diǎn)，測點(diǎn)布設(shè)如圖3。監(jiān)測內(nèi)容及測點(diǎn)數(shù)量如下表。

各監(jiān)測內(nèi)容的傳感器數(shù)量及選型表

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

整個橋梁監(jiān)測系統(tǒng)由局部電纜網(wǎng)絡(luò)和整體網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)組成，局部電纜網(wǎng)絡(luò)將各傳感器連接到數(shù)據(jù)采集單元，整體網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)將各數(shù)據(jù)采集單元連接成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并將采集的數(shù)據(jù)通過4G傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理與控制服務(wù)器，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理和分析模塊，最終在用戶子系統(tǒng)界面進(jìn)行顯示。本項(xiàng)目系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1。

圖1 橋梁健康監(jiān)測總體架構(gòu)

2 參數(shù)化建模

2.1 箱梁族的建立

本項(xiàng)目箱梁包括鋼箱梁和混凝土箱梁，在箱梁族創(chuàng)建時，先將鋼箱梁的CAD圖導(dǎo)入到Revit輪廓族中，在Revit軟件中通過拾取箱梁CAD尺寸線繪制箱梁輪廓族，將箱梁的輪廓族通過放樣融合方法得到箱梁節(jié)段公制常規(guī)模型族，最后根據(jù)各梁段的空間位置關(guān)系將各梁段整合起來，形成整體的箱梁族。

2.2 橋塔族的建立

自錨式懸索橋橋塔是其主要受力構(gòu)件，主梁上荷載通過主纜傳遞給橋塔。橋塔族首先創(chuàng)建其外形輪廓族，其次將外形輪廓族放樣成橋塔實(shí)體公制常規(guī)模型，如圖7所示，最終將圖2紅色的部位設(shè)置成空心，同時設(shè)置橋塔的參數(shù)及材質(zhì)屬性，形成如圖3所示的橋塔公制常規(guī)模型。

圖2 橋塔實(shí)體公制常規(guī)模型族

圖3 橋塔公制常規(guī)模型族

2.3 主纜族的建立

懸索橋主纜屬于異性構(gòu)件，采用Revit常規(guī)族構(gòu)建較為繁瑣。因此，在創(chuàng)建主纜族時采用Revit的體量族構(gòu)建。將設(shè)計文件中給定主纜的空間線形通過CAD載入到體量中，拾取其空間的線形，拾取線的斷面采用圓形輪廓族。

2.4 傳感器族的建立

橋梁健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)是通過安裝在橋梁上傳感器量測得到，因此傳感器的安裝位置對橋梁試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有著重要的影響。為了將傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到橋梁結(jié)構(gòu)上，本項(xiàng)目為每一傳感器構(gòu)建唯一ID。傳感器族同樣采用先繪制輪廓族再通過放樣方式形成傳感器族。

2.5 監(jiān)測模型的集成

根據(jù)設(shè)計文件中各構(gòu)件的相對位置，將橋梁各部件按其空間位置進(jìn)行模型和信息集成。同時，將監(jiān)測設(shè)備按現(xiàn)場安裝位置加載到橋梁的BIM模型上，集成為橋梁健康監(jiān)測的BIM模型。通過BIM模型快速查看監(jiān)測設(shè)備所安裝部位，設(shè)備編碼、閾值等信息。集成后的健康監(jiān)測BIM模型如圖4。

圖4 自錨式懸索橋健康監(jiān)測模型

3 可視化展示

3.1 模型輕量化加載

將上文創(chuàng)建的自錨式懸索橋BIM模型通過Revit安裝的BimAngle.ForgeEngine第三方插件導(dǎo)出*.glft和*.json的文件集合，在導(dǎo)出過程中插件為BIM模型的每一個構(gòu)件（族）生成一個唯一ID。通過調(diào)用WebGL和Tree.js的函數(shù)將轉(zhuǎn)化后的文件進(jìn)行輕量化處理（按需加載），方便監(jiān)測系統(tǒng)流暢加載。*.json文件通過Tree.js遍歷，將BIM模型形成樹結(jié)構(gòu)，最后將模型按樹結(jié)構(gòu)加載到監(jiān)測系統(tǒng)中，進(jìn)行橋梁健康監(jiān)測的可視化展示。同時系統(tǒng)中的BIM模型具有漫游和選定視圖等功能，漫游進(jìn)入箱內(nèi)，查看箱內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)效果圖。