BIM在桥梁检测中的应用可行性研究

2021-05-17

智能城市 2021年6期

（广东省建设工程质量安全检测总站有限公司，广东广州 510000）

1 BIM含义

BIM全称Building Information Model，常被译为建筑信息模型，可通过对工程项目信息的创建、整合、储存与传递，连接工程项目规划、设计、施工、运营的全寿命周期各阶段，具有一体化、及时性、可视化的特点，实现对工程的高效规范管理。BIM具有的性质决定了BIM的应用是一系列BIM工具软件的协同应用，工程项目完整生命周期涉及的各环节均有对应的软件。BIM软件可分为创建模型的软件和利用模型的软件，覆盖了工程项目方案设计、绿色分析、算量造价、施工控制、运营管理等各方面需要的功能，发展到较为成熟的阶段，通过与生产厂商的设计数据对接，可以实现数据化集成制造。

2 BIM应用现状

BIM进入工程建筑行业后得到了业界广泛认可，部分国家对BIM的应用已较为成熟。据统计，美国超过80%的建筑项目已应用BIM，并已更新多版BIM标准；俄罗斯政府工程已于2019年统一应用BIM技术；韩国全部公共工程于2016年实现了BIM应用。

我国自2003年引入BIM技术，陆续发布了多项政策鼓励BIM发展，如住建部发布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中，将BIM列为建筑业重点推广的5大信息技术之首；国务院2017年发布的《关于促进建筑业持续健康发展的意见》中提出加快推进BIM的集成应用。政策的推出提高了人们BIM的认知度，许多工程项目的业主开始积极探索对BIM的应用。但我国的BIM应用主要集中在大中型设计、施工单位的工程项目建设中，其在运营阶段的应用并不广泛，且多用于管道、电力工程施工项目，涉及范围较小。

3 技术可行性分析

BIM在连接桥梁工程项目全寿命周期各阶段中具有一套完整的管理框架，检测在其中发挥作用的主要方式为将检测结果信息植入对应模型，完成对桥梁的安全性评估。在BIM体系中，桥梁检测新技术需求主要包括平台支撑、桥梁建模、病害表达。桥梁检测流程如图1所示。

图1 桥梁检测流程

3.1 平台支撑可行性

BIM新理念提出后，建设领域的相关公司创建了多个可应用的云平台，例如Autodesk公司的Autodesk 360、BIM 360云平台，法国达索系统公司的3DEXPERIENCE协同平台。在国内重大工程项目中应用较多的是海凯德数值信息科技有限公司推出的DBWorld工程云平台，该平台具有工程协同管理、软件虚拟化应用、内容大数据分析和项目众包管理四大模块，可满足BIM体系中桥梁检测对平台的要求。

3.2 桥梁建模可行性

在相关政策推动下，新建项目从立项之初便采用了BIM技术，在设计阶段建立了桥梁的三维几何模型，检测阶段使用既有模型。大多数无模型的现有桥梁在采用BIM技术进行检测时，需要检测人员先行建立桥梁的三维几何模型。考虑我国大部分桥梁由于年代久远缺失设计资料、设计参数等，对于需要建模的桥梁常采用两种建模方式：（1）参照桥梁设计图纸进行常规三维建模；（2）利用仪器采集桥梁信息后进行三维重建。

3.2.1 常规三维建模

现阶段，常用的BIM设计软件均可参照设计图纸实现建筑的常规三维建模，如Autodesk Revit、Bentley Power Civil等，基本建模步骤主要包括利用模型族创建实体、新建参照及对齐、赋予参数性质、创建尺寸标注。

在《预应力连续刚构桥梁BIM精细化建模实例》中，详细分析了广西崇左至靖西高速公路中胡润一号大桥的模型构建，充分说明了基于BIM实现桥梁三维建模的可行性[1]。

3.2.2 三维重建

三维重建技术通过捕获外界视觉信息进行信息处理，得到物体的三维信息[2]。如三维扫描仪可通过激光扫描法获取物体几何表面的点云，经过一系列处理插补成物体表面形状，点云越密集，创建的三维模型越精确。以广东省清远市英德市人民大桥为例，利用三维扫描仪对该桥进行实景扫描后得到该桥某跨点云图，经过内业工作处理和信息处理后得到物体的三维信息，完成三维重建，如图2、图3所示。

图2 广东清远市英德市人民大桥部分跨扫描点云图

图3 广东清远市英德市人民大桥部分跨三维重建模型

3.3 病害表达可行性

桥梁病害的类型、数量、程度等反映了桥梁的运营基本现状和未来服役趋势，是构建桥梁工程项目全寿命周期中运营环节的基本需求。BIM的应用将实现桥梁病害信息表达的数字化、可视化，提出了两大基本要求：

第一，实现病害信息的存储及传递，2010年基于IFC标准的动态BIM数据库研发后，基本得到了满足。当前BIM开发软件均支持IFC格式文件的读取、输出与共享。

第二，展示不同病害的几何特征，包括位置、形状、大小等。深入开发BIM建模软件，在软件已有三维模型上进行属性赋予，生成病害标记；开发新软件，仅用于进行BIM模型及病害特征的三维可视化表达。马继骏等[3]提出了一种依附构件几何特征的桥梁病害信息表达技术，基本实现了病害信息在桥梁三维模型中的可视化表达，仿真表达建议病害或通过颜色、形状完成病害的基本区分表达完全可行。此外，常用WebGL技术创建具有复杂3D结构的网站页面，实现桥梁病害三维可视化。李成涛等[4]基于该技术开发了三维可视化软件，实现了对裂缝、其他局部病害、构件损伤程度等病害信息的三维可视化展示，通过多次病害信息记录，实现了病害历史演化表达。

4 社会和经济效益分析

4.1 传统桥梁检测

传统桥梁检测主要依靠桥梁检测技术人员，通过检测工具获得检测原始记录后，分析得到检测结果，最终形成检测报告。该方式成本项目少，包括基本的人力（桥梁检测技术人员、专职档案管理人员）以及仪器设备、线下存储空间等。但此类检测方式存在检测效率低、管理难度大等风险。

4.2 现有桥梁信息化检测

桥梁信息化检测是现有较为智能的检测方式，除了基本的检测人力成本，新增了桥梁检测智能软件开发、人员培训等成本。信息化检测提升了检测的规范性和高效性，现场检测设备智能化，生成二维数据模型，实现病害在二维化图纸上的表达；检测结果规范化，生成标准统一的检测原始记录、检测报告；检测数据信息化，可用于云端储存、下载相关数据。

4.3 基于BIM的桥梁信息化检测

基于BIM的信息化检测成本项目与桥梁信息化检测基本一致，BIM作为新型智能技术，其对开发、培训的要求较高。基于BIM的信息化检测提升了检测的规范化、高效性，实现了病害的三维可视化表达和桥梁全生命期的信息化管理。从检测成本的角度看，BIM的应用会增加相应的经济成本，但BIM技术在实现工程现代化精准管理的过程中，可以高效把控工程质量、降低建设成本、完善运营资料、保障信息及时。因此，推广BIM获得的经济效益最大。BIM技术可从技术上支持并推动更绿色高效的建筑业发展模式，将我国建筑业由传统的高能耗、高污染的发展模式转为低能耗、低污染的发展模式。