馬汝杰，馬文琪，趙慶濤

（山東省交通規(guī)劃設計院集團有限公司 全壽命周期BIM 技術應用研究中心，山東 濟南 250101）

引言

橋梁是公路工程的重要節(jié)點，在建設期橋梁施工質量是保障項目安全性的關鍵一環(huán)，在運維養(yǎng)護期橋梁安全可靠的運營對區(qū)域社會經濟穩(wěn)定發(fā)展有著重大作用［1］。為掌握橋梁的施工質量和運營狀態(tài)，工程上一般采用橋梁監(jiān)測設施實時監(jiān)測橋梁的震動、傾斜程度和變化參數。監(jiān)測設備收集的數據信息經過數值計算方法的處理分析，可反映橋梁結構的動態(tài)變化情況，進而能夠及時發(fā)現橋梁施工或橋梁運營過程中可能存在的病害問題，盡早地修復處理［2-4］。

基于BIM 的橋梁監(jiān)測系統是將數據收集、數據分析、數據傳送、安全評估及預測為一體的監(jiān)測平臺［5-7］。眾多學者均把研究應用重點放在監(jiān)測數據基于BIM 的可視化集成、可視化分析表達上，提升了監(jiān)測系統的動態(tài)數據展示效果，但在監(jiān)測方案的可視化和信息化表達上研究不足。

1 工程概況

新泰至臺兒莊（魯蘇界）公路位于山東省西南地區(qū)的泰安新泰市，是山東省“九縱五橫一環(huán)七連”高速路網規(guī)劃中“縱五”線重要路段，是西部經濟隆起帶戰(zhàn)略布局中對外聯系的重要通道。在該項目施工建設過程中，全過程采用BIM 技術開展精細化管控。建立該項目典型橋梁結構的健康監(jiān)測系統，實現運維期橋梁狀態(tài)的實時監(jiān)測。針對該項目中可利用的既有橋梁結構，需采用加固措施提高其力學性能和工作性能，同步增設部分監(jiān)測設備，為橋梁后期養(yǎng)護提供數據支撐。

2 基于BIM 的監(jiān)測方案可視化表達

2.1 施工過程監(jiān)測

該項目在施工圖交付時創(chuàng)建了全線（除既有結構）精細化BIM 模型，連續(xù)剛構橋梁按懸臂施工節(jié)段劃分為最小構件單位并賦予唯一編碼。橋梁施工監(jiān)測方案要求：箱梁每一節(jié)段懸臂施工過程中，需進行4 個工況（掛籃就位立模后、箱梁混凝土澆筑前、箱梁混凝土澆筑后、縱向預應力鋼束張拉后）下的撓度測量和高程控制測量；選定懸臂施工的不利截面，在懸臂段混凝土澆筑后和預應力張拉后進行應力測量。

按施工方案的要求，在精細化BIM 模型上通過放置空間測點的方式可視化表達監(jiān)控方案，見圖1。空間測點分為標高監(jiān)測點和應力監(jiān)測測點，測點坐標表達可為笛卡爾坐標系或經緯度坐標，并通過節(jié)段是否施工自動化控制在該工況下應完成的測試內容。

圖1 施工過程監(jiān)測方案可視化表達

2.2 運維期監(jiān)測

典型橋梁健康監(jiān)測系統是在竣工橋梁基礎上，根據運維期的指標需求，現場安裝監(jiān)測設備實時監(jiān)控橋梁運營狀態(tài)。典型橋梁在運維期利用紅外目標靶、基準靶和撓度傳感器監(jiān)測動撓度，利用應變傳感器和應變智能采集儀監(jiān)測動應變，利用溫度傳感器和通用信號智能采集儀監(jiān)測結構溫度，利用紅外目標靶、基準靶和光電撓度傳感器監(jiān)測橋墩沉降，利用智能加速度傳感器監(jiān)測橋梁振動，利用高精度位移傳感器和信號智能采集儀監(jiān)測新舊梁板協同變形，利用網絡相機捕捉橋面異常狀況。

基于建立的監(jiān)測設備和橋梁結構三維BIM模型，按照監(jiān)測設備的現場安裝位置，監(jiān)測方案動態(tài)孿生于橋梁數字化形體之上。監(jiān)測設備空間位置是基于工程橋梁模型確定，監(jiān)測設備可作為橋梁構件進行運維期的管理和實時數據對接。以動撓度監(jiān)測設備為例，說明橋梁運維期監(jiān)測方案的可視化表達方法，見圖2。

圖2 動撓度監(jiān)測方案可視化表達

2.3 養(yǎng)護過程監(jiān)測

既有橋梁伴隨監(jiān)測可實時監(jiān)測養(yǎng)護過程中橋梁的工作狀態(tài)，養(yǎng)護完成后可作為運營期監(jiān)測系統組成部分。道路線形在長期運營過程中會發(fā)生變化，而橋梁結構也會發(fā)生沉降，基于前期竣工設計資料不足以準確表達現狀橋梁結構。伴隨監(jiān)測方案的可視化表達采用精準空間坐標點放置監(jiān)測設備見圖3。主體BIM 模型調整相應參數匹配監(jiān)測設備的位置。

圖3 伴隨監(jiān)測方案可視化表達

3 基于BIM 的監(jiān)測信息集成

3.1 數據對接

3.1.1 基于空間測點的數據對接

空間測點的監(jiān)測方案主要是施工過程監(jiān)測，需要將構件編碼體系與測點編碼體系對應，通過構件變化驅動測點，集成工況下的測點數據，進而判斷測定值是否符合理論計算的要求。

3.1.2 基于監(jiān)測設備的數據對接

運維期和養(yǎng)護期伴隨監(jiān)測均創(chuàng)建了監(jiān)測設備的精細化BIM 模型，但監(jiān)測設備的數字化表達一般是在現場安裝設備之前，為保證數字化監(jiān)測方案與BIM 模型的同步交付，需預先創(chuàng)建監(jiān)測設備的編碼體系，后期根據現場安裝設備的編碼體系一一映射，進而將現場監(jiān)測設備的實時數據傳輸到設備BIM 模型上，基于動態(tài)數據分析監(jiān)測設備處的相關指標變化情況。

3.2 業(yè)務功能分析

基于BIM+GIS 監(jiān)測管理平臺，可按施工工況分析當前狀態(tài)橋梁線形和受力狀態(tài)；可即時動態(tài)分析監(jiān)測過程集成的數據，觀測其變化趨勢和預警值；可查看歷史監(jiān)測數據，分析病害初始發(fā)生的時間，結合現場實際情況分析原因，做出快速響應措施。動撓度監(jiān)測設備的即時數據和歷史數據集成分析見圖4。

圖4 動撓度監(jiān)測數據集成分析

4 結語

依托新泰至臺兒莊（魯蘇界）公路探索了BIM技術在橋梁監(jiān)測中的應用，面向施工過程監(jiān)測、運維期監(jiān)測及養(yǎng)護過程伴隨監(jiān)測的不同監(jiān)測方案，采用基于橋梁BIM 模型標記測點、數字孿生橋梁BIM監(jiān)測設施、實測空間坐標匹配設施模型等三種方式實現監(jiān)測方案的可視化。針對空間測點及監(jiān)測設備的數據集成問題，提出通過設備編碼與設備數據映射的方法，實現監(jiān)測數據的可視化表達、動態(tài)分析、歷史追溯、預警分析等。BIM 技術在橋梁監(jiān)測領域的應用，實現了橋梁養(yǎng)護的信息化管理，提升了橋梁結構的監(jiān)測效率和安全性能，節(jié)約了時間與成本，推廣應用價值較大。