基于BIM 的公路桥梁技术状况评定方法研究

何 飞 ，戴 玮

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

引言

桥梁是公路系统中最为重要的设施之一，桥梁运营期间合理的维护是为了保障桥梁长期使用，安全性仍然能够达到国家、行业、企业和地方相关指标。因此，我国公路交通“十二五”发展规划中明确要求，公路建设要坚持建、养、运、管并重，要从“重建轻养”进入“建养并重”阶段。而在传统的桥梁养护工作中，数据记录、分析以及管理大多采用人工处理纸质文件的方式。随着桥梁服役时间的增长，存在海量的养护数据丢失或数据不善利用的情况。从桥梁养护工程可持续发展角度出发，引入现代信息技术和计算机技术发展融合而成的BIM 技术成为了一种必然的趋势。

BIM 技术可以为桥梁管养信息化提供所见即所得的解决方案，通过创建承载工程构件的位置数据、几何数据和属性数据等信息的BIM 模型，叠加工程构件的病害信息、养护维修状态，实现模型与养护工作的数据融合。从信息化数据标准及应用角度出发，阐述基于BIM 的公路桥梁技术状况评定流程。

1 桥梁管养系统现状

随着计算机技术的快速发展，传统的桥梁线下养护管理工作已步入了信息化管养系统时代，此类管养系统以桥梁运营技术状况为关注点，实现养护数据采集、分析、推送功能，并基于此进行养护决策工作。通过对部分桥梁信息化管养系统的分析研究，存在的特点：（1）缺少可视化效果。大部分管养系统均采用表格或图表的展示方式，开展养护数据的采集及分析工作，数据分析结果不够直观，适用于对桥梁养护项目较为熟悉的工作人员。（2）不完善的构件分解标准。在现阶段管养系统中，面向养护的桥梁构件分解方式主要以《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/T H21—2011）（以下简称《标准》）为依据，根据桥梁技术状况评定流程，以“桥梁＞部位＞部件＞构件”四个层级对桥梁构件进行分层分解，其中“构件”层不仅有养护构件定位作用，同时需作为技术评定的评分构件［1］。例如，预应力混凝土T 梁桥的主梁，以及钢混组合梁主梁，其构件的分解方式见表1。当“1#主梁”为混凝土T 梁时，对应的病害类型并不等同于钢混组合梁。四级的构件分解方式比较粗略，适用于组成构件或材料比较单一的桥梁，对于养护构件较为复杂的桥梁，若需考虑构件信息与养护检测数据的准确定位，则需要更细粒度的分解方式。（3）构件与养护数据匹配问题。现行的大部分管养系统均内置了独立的病害库，并根据《标准》中相关章节（5 ～10 章），定义了构件与病害的相对关系。根据《标准》定义，以马鞍山长江公路大桥悬索桥养护项目为例，该桥桥塔为钢塔，钢塔柱节段构件在《标准》中对应匹配的病害内容见表2。因此在利用管养系统进行日常数据采集工作时，养护人员只能重新自定义钢塔构件病害。系统中非标准化的病害信息，容易形成技术状况分析结果的误差，不利于桥梁养护信息化的发展。

表1 梁桥主梁构件分解方式

表2 《标准》中索塔部位与对应病害信息

根据研究结果，依托相关项目，基于运营养护阶段的BIM 信息模型，从数据信息标准化和融合的角度出发，开展公路桥梁技术状况评定方法研究。

2 基于BIM 技术的公路桥梁技术状况评定流程研究

基于BIM 技术的公路桥梁管养系统，以桥梁BIM 模型为可视化模型载体，桥梁定、巡检等检查工作中的记录病害信息为数据载体，通过各项数据的标准化、结构化，实现模型属性信息与病害数据的融合，最终形成桥梁技术状况评定、病害统计等处理结果［2-4］。针对桥梁管养系统现状分析，从以下两方面开展技术状况评定方法研究。

2.1 数据标准研究

2.1.1 信息模型标准

为了更好地定位桥梁养护构件，匹配对应的养护检测数据，需要建立信息模型标准，包含桥梁构件分类编码标准、材料分类标准、桥梁构件分解标准。（1）桥梁构件分类编码标准主要应用于桥梁构件元素的功能定义，并针对各元素进行唯一编码。（2）桥梁材料分类编码标准主要应用于桥梁构件所用到永久结合到工程实体中的材料或建筑产品的定义，并针对各材料进行唯一编码［5］。（3）桥梁构件分解标准主要应用于运营期桥梁信息模型中构件定位。

为了更精确地进行病害数据统计，完善桥梁技术状况评定流程，展现桥梁实际运营状况，提出了一种便于操作的“桥梁＞部位＞部件＞构件组＞最小检查构件”桥梁评定分解方式。最小检查构件即BIM 模型中的模型构件，主要用于实际养护构件的定位以及对应病害的记录。在检查部件与构件之间，添加了构件组这一划分层，构件组作为一个或多个最小桥梁检查构件所组成的集合，主要用于统计集合内所有病害，对各类病害集合进行标度及评分。一个部件中可包含若干个构件组，构件组同时可包含若干个最小检查构件，如桥墩部件可包含1 ～N#桥墩组，1#桥墩组包含1 ～N#墩身、1 ～N#盖梁等检查构件。

以桥墩构件为例，在项目桥梁工程养护阶段BIM 信息模型中，对应的桥墩模型元素所包含的信息内容见表3。

表3 桥墩模型所包含信息内容

2.1.2 养护数据标准

（1）病害分类标准

以《标准》为基础，针对桥梁常见病害，按构件相关病害、材料相关病害、位移类病害、附属与设备通用病害四类进行划分。其中，构件相关病害为某些构件特有病害类型，与构件材料组成无关，如伸缩缝构件的“伸缩缝错台”病害；材料相关病害为某种材料特有病害类型，如普通钢筋材料的“钢筋锈蚀”病害；位移类病害包含结构构件由于移动带来的病害类型，如“索塔倾斜变形”；附属与设备通用病害主要包含附属设施等的“缺失”“污损或损坏”之类病害。

并在此分类基础上，将病害分类与上文提及的构件分类、材料分类进行映射对应，仅列出桥墩构件的构件分类×材料分类×病害分类对应的示意见表4。

表4 桥墩构件分类×材料分类×病害分类

这种分类对应关系可直接关联桥墩构件的所有相关病害类型，并以此类推，最终完整且精准地定义全桥每个养护构件的病害类型。

（2）病害属性标准

病害属性标准用于定义每个病害分类的独立属性。例如，普通钢筋材料的“露筋”病害属性包含病害发现时间、结束时间、状态、露筋面积、描述等属性类目。

2.2 数据标准应用

基于BIM 技术的公路桥梁管养系统中，数据标准主要应用于桥梁技术状况评定流程：（1）根据信息模型标准，创建携带信息模型分类编码的桥梁BIM 模型，包含所有构件的构件分类及编码、材料分类及编码。（2）匹配属性中的构件分类和材料分类，推送该构件相关病害类型，并自动识别匹配相对应的病害属性，完成病害数据的采集录入。（3）完成所有构件组层级的病害集合，进行构件组标度评分，最终完成部件、部位到桥梁的评定流程。桥梁技术状况评定流程见图1。

图1 桥梁技术状况评定流程

标准化的模型数据和养护数据，有助于精准定位构件和养护数据的相对关系，结构化病害数据录入，避免病害信息错漏缺失，快速有效地形成桥梁技术状态评定结果。同时，这种通过模型构件挂接养护数据的处理方式，可以在BIM 模型上完成全桥构件的病害信息渲染，清晰直观地展示桥梁的使用状态。

3 应用实例

依托某项目悬索桥开展管养数据标准应用研究。悬索桥的管养工作特点为体量大、构件类型复杂，作为研究样本普适性一般，但悬索桥桥梁构件及材料种类涵盖面广、病害数据量大，通过建立完善的病害数据标准，信息检查桥梁，完善流程，可为后期开展各类桥梁的管养工作提供数据基础。

图2 BIM 模型编码录入

图3 桥梁管养BIM 综合信息平台模型构件病害展示

项目建立了桥梁管养BIM 综合信息平台，其中包含定期检查工作中桥梁技术状况评定任务。项目创建了全桥BIM 模型，并对每个模型构件填入相应分类编码信息、从属关系、项目信息等，作为构件属性挂接在BIM 模型相对应的构件单元上，见图2。同时，推送该构件拟产生的病害数据信息，叠加养护检查记录中的病害数据，实现BIM 模型与养护工作的数据融合。桥梁管养BIM 综合信息平台模型构件病害展示见图3。

4 结语

（1）根据公路桥梁技术状况评定流程，从数据结构化和融合角度出发，探索公路桥梁信息模型分类编码标准以及常见病害分类标准，并提出“桥梁＞部位＞部件＞构件组＞最小检查构件”的评定分解方式，形成桥梁构件分解标准。（2）通过创建承载信息属性的项目BIM 模型并挂接相应的病害养护数据，实现平台化的桥梁养护信息共享，确保桥梁检查病害数据的传递和继承，完善桥梁技术评定流程，提出一种桥梁管养信息化的实践方式。