基于GIS+BIM的城市桥梁信息管理系统设计与应用

文｜安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司 丁绪聪 叶志文；安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 梁柱

随着我国城市基础设施建设的飞速发展，城市桥梁的数量也在不断增加，桥梁是城市交通的重要枢纽，伴随着与日俱增的交通量，和随着服役年限增加而导致的桥梁结构老化，部分桥梁的承载能力已经不满足要求，甚至成为危桥，因此加强对城市桥梁的管理养护，保证桥梁的安全运营是管理单位最重要的职责。

2021年，安徽省住房和城乡建设厅在全省范围内开始城市桥梁基本数据及运行管理现状调查工作，根据调查结果，存在以下问题：

一是由于部分桥梁建设年代较久远，城市桥梁“建管分离”较多，桥梁移交管理不规范等原因，城市桥梁竣工档案资料缺失现象较为普遍，导致桥梁基本信息不完整。

二是随着城市建设的不断发展和城市管理范围不断扩大，城市管养的桥梁数量不断增长，桥梁管养技术难度日益增大，对桥梁管养人员提出了更高的要求。全省半数以上城市存在桥梁管养专业技术人员配备不足的现象，部分区县管理方式相对比较落后，缺少更先进科学的管理手段，现有桥梁管养人员技术水平需要进一步提升。

三是城市桥梁建设单位繁多，“建管分离”现象较为普遍，各地工程档案资料移交程序不同，根据调研，其他地市城市桥梁管养移交制度各有不同，移交周期无明确规定，存在桥梁移交过程持续数年的状况。移交期间桥梁疏于管养，存在一定安全隐患。

四是部分区、县受桥梁数量较少，财政资金紧张等因素影响，独立建设桥梁信息管理系统难度较大；尚无统一的桥梁信息管理平台，无法对各地市历年的管养数据进行有效的管理。

基于此，城市桥梁管理的信息化管理平台建设得到了社会的广泛关注，许多桥梁养管部门都在为桥梁信息化管理不断努力[1]，以本辖区桥梁管养的特点以及对系统的需求为导向，建立能更好的满足桥梁管理需要的信息系统，大大提高桥梁养护质量和工作效率，养护管理也更加规范化和科学化。

1.BIM+GIS 介绍

BIM 是对建筑信息、结构信息、病害信息等以模型的形式进行可视化展示，可以提供丰富的建筑物微观信息，使用三维的真实建筑代替在传统 CAD 时代的二维图纸进行表达，能更好的展示桥梁真实面貌、构件细节、空间信息及属性信息，具有强大的表达能力[2]。

GIS 空间信息技术是在传统二维地理系统基础上发展而来的新一代三维空间信息技术，GIS 对于宏观的地理空间信息表达有着天然的优势，可作为包括 BIM 模型、无人机倾斜摄影、地面传感器等在内的多源数据的载体，以地理坐标为基准搭建一套桥址处的高还原度虚拟环境，具有十分优异的可视化效果和地理空间分析基础。

在桥梁信息管理系统中应用BIM+GIS技术，是一种桥梁管理手段创新，也有助于桥梁管理效率的提升[3]，具有重要意义。

2.应用案例

繁昌区位于安徽省芜湖市西南部，地处长江下游南岸，城区内主要河流为峨溪河及其支流，繁昌区城市桥梁20 座，桥型多样，有梁桥、拱桥、悬索桥等。围绕提升城区桥梁日常管养信息化工作，综合利用GIS、BIM、云计算等技术，建立城市桥梁数字化档案，为繁昌区建立一整套技术先进、功能齐全、实用性强、可扩展的城市桥梁信息管理系统。

2.1 系统功能架构

在系统设计时，应桥梁管理自身的特点以及桥梁管养单位的需求，在系统功能需求分析的基础上，将整个系统划分为若干功能模块。系统功能架构如图1所示：

图1 系统功能架构

2.2 桥梁地理信息展示

本模块作为平台的入口模块，展示给用户首先便是到基于GIS 地图的桥梁地理信息模块，在地理信息系统中实现桥梁的查询、定位、基本信息展示以及接口模块跳转等功能[4]。

地图交互的基本功能包括地图的展示、缩放、平移、拖拽等功能。通过点击地图上的桥梁选项显示桥梁基本信息，内容包括桥梁名称、桥梁照片、文字介绍、当前技术状态和最近一次检测桥梁完好状态等级等信息。

可以通过桥梁基本信息面板上的相关链接跳转至相应的该桥梁基本信息管理系统（图2）。

图2 地理信息界面

2.3 桥梁基本信息管理子系统

2.3.1 桥梁信息收集

对辖区内的20 座城市桥梁的基础数据进行收集。包括：桥梁基础信息、桥梁资料卡（桥梁一般资料、桥梁上部结构、桥梁下部结构、附属工程、附挂管线）、历史维修加固信息、历史定期检测报告、桥梁图纸信息等。

2.3.2 桥梁基础数据加工整理

通过桥梁基础信息的解读，梳理结构数据，形成桥梁各部位的结构数据。结合桥梁竣工图纸与历史维修加固资料对桥梁纸质版图纸进行电子化处理，将纸质版图纸进行重新绘制及CAD 处理。通过对桥梁检测报告、维修加固等报告的整理、加工、数据结构化处理，将处理后的数据整理得到桥梁病害数据与对应的维修养护数据。

2.3.3 数据整理入库

提取加工整理完成的基础数据，采用统一的数据库结构，将数据提取结果录入至桥梁信息数据库、养护管理信息数据库中。

通过对桥梁信息档案等信息的收集整理，能全面提升对建设信息、检测信息、监测信息、维修信息、加固信息、日常巡检信息的整合和精细化管理能力。

2.4 桥梁检测评估管理子系统

桥梁的巡查与养护在桥梁的日常管养工作中占有很大的比重，是桥梁管养工作的重点，桥梁检测制度按照可分为经常性检查、定期检测以及特殊检测。经常性检查往往是使用肉眼在查看桥梁的缺损情况。对于经常性检查发现处于危险状态的桥梁，桥梁管养单位会中止行车，组织专业人员进行桥梁定期检测[5]，在定期检测中难以判明是否安全的情况，需要对组织桥梁特殊检测，以判断桥梁的安全状况，为下一步桥梁的维修加固提供方案。在桥梁检测系统中加入巡检数据管理系统，接入巡检数据信息，可以实现计算机系统辅助管理。

检测评估管理子系统作为桥梁检测数据的管理服务平台，包括检测计划与检测数据记录管理，它包含数据的建立、存储、查阅、修改与删除的功能，并且能够实现检测数据的数字化与纸质化之间的转换与调用。通过人工录入结构化、标准化的检测数据，各类用户能够很好地根据需求在检测评估管理子系统中提取数据，用于数据分析、报告撰写与决策实施。

2.5 三维BIM 建模

繁昌区项目采用无人机倾斜摄影技术结合桥梁图纸、现场照片、位置信息等建立20 座桥梁三维可视化模型（BIM），并将BIM 模型与三维GIS 地图相结合，进行桥梁三维模型及基本信息展示。

2.5.1 无人机倾斜摄影

倾斜摄影测量技术是一种全自动的摄影模式，借助无人机进行数据测量和影像拍摄，能有效提高效率。倾斜摄影测量技术可以真实反映地物的真实面貌，通过五个角度对地面情况进行拍摄[6]，获得城市地面建筑基本资料，包括位置、形状大小、高度、表面形貌、楼层等信息，真实的反映地物的本来面貌，客观的再现了地物的外观、结构以及高度等属性[7]。

图3 提取无人机摄影图片信息

2.5.2 模型制作

使用专业三维软件按照1∶1 的比例制作三维数据，还原桥梁现场实际情况。同时根据桥梁的不同，需要建设桥梁与桥梁周边地物的相关模型。

BIM 模型制作需严格保证BIM 模型与二维CAD 图纸的信息一致，模型制作时以M 为单位，按1∶1 制作，保持建筑物方向与实际一致，所有模型必须清除未使用项，删除所有导入文件和外部参照链接，同时模型中的所有视图必须经过整理，只保留默认的视图和视点，其它都删除[8]。

图4 BIM 建模示意图

图5 效果展示

在完成三维模型后，将完成的三维数据导入专业GIS 平台中，优化三维数据量和调整场景美观性，并在系统中通过Iframe页面集成嵌入三维建模页面，采用http 的API 接口协议，实现用户与三维建模的交互，提高用户的使用体验效果。

2.6 后台管理

城市桥梁信息管理系统系统是一个集桥梁档案管理、检测评估、巡检养护于一体的大型管理信息平台，它包括各种有访问需求的用户，且信息量巨大，具有不同程度的信息敏感度，安全管理非常复杂。后台管理主要是用于对桥梁信息管理系统的信息管理和权限管理，如桥梁基础信息、图片和其他日常使用文件的发布、更新、删除等操作，同时也包括用户的系统账户查看、修改和授权，用户操作记录的统计和管理。简单来说就是后台数据的管理配置，以使得应用平台内容能够得到及时更新和调整。

3.总结

针对传统城市桥梁管养方式相对比较落后，缺少更先进科学的管理手段的现状，本文依托繁昌区城市桥梁信息系统建设项目，建立了集地理信息系统、基本信息管理、检测评估管理、BIM 模型等功能模块的城市桥梁信息管理系统，系统将为每座桥梁建立数字化、信息化的“桥梁档案”，解决信息分散问题，将传统的粗放型管理模式转化为可视化、精细化管理，全面掌握桥梁结构桥梁结构运营安全状况，提升桥梁管养科学化水平，为管养决策提供科学依据。