隨著我國公路交通事業的高速發展，維持橋梁正常功能與保障使用安全，已成為目前交通路網養護管理上的一個重要環節。建筑信息模型(BIM)可實現橋梁建筑從傳統二維繪圖向三維繪圖的轉變，使建筑信息更加全面、直觀地展現出來。通過對既有橋梁進行BIM建模，可輔助實現橋梁的精細化管理。而構建基于GPS和GIS技術的巡檢系統，將其與BIM模型相結合，可進一步提高橋梁管理的精細化水平。本文就此進行探討，并借助項目實例，系統地展現BIM融合GIS技術在橋梁養護管理中的實踐成果。

上海徐浦大橋

 需求分析

既有橋梁養護管理存在的問題

我國公路橋梁的養護管理已經積累了相當的經驗，但對橋梁的養護存在“思想重視、技術手段不足”的現象。目前，國內橋梁管理養護部門的工作手段、管理體系、技術水平相對滯后，橋梁管養還處在檢測手段機械化、記錄病害平面化、資料管理臺賬化的靜態儲存及被動采集狀態階段；對于數字化技術的理解和應用，僅限于開發些初級的橋梁管養信息系統；在付出大量人力、物力和財力的情況下，橋梁管理及養護的工作質量和效率難以令人滿意。

橋梁管養的精細化需求

精細化管理，本是一種針對企業管理的理念，由日本在20世紀50年代提出。為了提高橋梁管養水平，通過對企業管理的精細化理念進行借鑒，提出了橋梁管養精細化的概念。橋梁的精細化管養是指，對橋梁養護管理過程中的各種靜態與動態數據做到準確記錄，保證橋梁各構件全壽命周期數據的完整性，使精準、完備的資料成為管理者進行決策的重要依據；并通過建立規范的檢查流程與數據記錄方式，保證橋梁檢查新增數據更新的便捷性、及時性與準確性，盡可能地提高橋梁管養數據的有效性，為橋梁的后續評價與管理提供數據支持。具體來說，是要求對橋梁管養精細到構件級水平，對橋梁構件的養護管理歷史進行詳細的記錄，保證養護信息的完整記錄，并對不同的構件能做到定制化的管理。

在以往的橋梁管養工作中，尤其是部分大型橋梁根據自身特點建立的結構健康檢測系統，已是精細化管理的體現。在這些健康監測系統中，主要是通過傳感器，針對大橋的重要構件進行應力應變上的監測，起到健康狀態評估與預警的功能。對于橋梁主要構件，一般通過建立基本信息以及維修歷史數據庫的方式，進行信息的傳遞與收集。但僅依賴傳統的數據庫技術，難以實現更深層次的橋梁精細化管理，而通過融合BIM與GIS技術，將給大橋的精細化管理帶來突破性的進展，并且具有很強的可操作性。

BIM和GIS技術的應用

BIM技術的應用

圖1 BIM質量要求

從邏輯關系上說，BIM是一個包含了建筑物所有信息的模型，是建筑物幾何、物理、性能信息的數字化表達，不同的參與方都可以從這個模型中獲取自己所需要的信息，它的核心是信息。BIM建模的整體思路是：首先進行信息識別，并把握住信息的質量要求，然后進行信息的采集、處理和利用，最后實現BIM模型的建立。為了發揮整個BIM模型的價值，BIM模型必須要滿足一定的質量要求。

應用BIM技術，對既有橋梁進行三維模型創建，整合橋梁既有的全部數據信息，以3D可視化的形式，實現對既有橋梁的直觀展示和資料的綜合管理；而通過在日常管養工作中，不斷積累橋梁運行過程中的動態數據，形成既有橋梁的運維管理數據庫，直觀地展示橋梁的運維管理過程及結果，可進一步為橋梁管養策略、健康狀態評估提供數據支撐。

GIS、GPS技術的應用

地理信息系統(GIS)是用于采集、更新、存儲、管理、分析和表達空間信息和數據的特殊空間信息系統，具有強大的空間信息處理能力。將地圖信息直接信息化存入計算機，利用相關軟件將信息存儲于地圖上的與之相關聯的地理位置上，使數據與地理信息緊密結合起來，實現數據的可視化，便于對數據進行有效的管理、分析和組織，為進一步做出決策提供良好的界面和依據。

將GIS引入帶GPS模塊的手持移動設備管理系統，可極大地方便日常橋梁管養中的巡檢工作。GIS地圖可以簡潔明了地通過樁號定位，查詢到所在位置的歷史數據；對于需要修改數據的路段，可實現實時數據更新；對于沒有歷史數據的路段，可實現實時數據存檔。數據收集完整后，通過手持移動設備提交上級數據庫，能迅速計算出相應的指標，指導現場工作人員進行數據檢驗和評估。通過GIS和GPS模塊還可以將現場獲取的數據（文本、數字、圖片、視頻等）按照樁號定位，減少后期處理成本，減少人為誤差。另外通過各手持終端的聯網，可以了解其他工作人員的工作進展，方便總體調度。

BIM＋GIS的融合應用

BIM技術在精確地理位置定位、空間地理信息分析和構筑周邊環境上都存在缺陷，而GIS可以完成構筑物的地理位置定位及其空間信息分析，輔助完善周邊大場景展示，進一步提高BIM模型的建筑信息完備性。將BIM和GIS進行優勢互補，BIM主要用于橋梁內部信息的管理和分析；GIS主要用于管理區域空間，分析空間地理信息數據。構建基于GPS和GIS技術的橋梁養護巡檢系統，將其與BIM模型相結合，并利用智能移動終端的優勢，可以很好地彌補傳統巡檢工作方式的諸多不足，大幅提高橋梁管理的精細化水平。如圖2所示。

圖2 基于BIM和GIS的橋梁巡檢流程

徐浦大橋BIM+GIS應用案例

徐浦大橋是上海市第三座跨越黃浦江的特大型橋梁，主橋長1.074公里，主跨跨徑590米，邊跨跨徑220米，橋面總寬35.95米，車道布置為雙向8車道。主橋采用雙塔雙索面的全飄浮體系，主跨主梁采用鋼-混凝土組合梁，邊跨采用預制梁拼裝的預應力混凝土。本項目采用Revit軟件建立徐浦大橋BIM模型，依據構件區域劃分為：主橋結構建模、主橋設施建模、主塔結構建模、主塔設施建模、引橋結構建模、引橋設施建模、匝道結構建模、匝道設施建模、其他附屬結構及設施建模等。

圖3 徐浦大橋BIM模型圖

徐浦大橋BIM模型如圖3所示，大橋BIM全信息模型總構件數量約9440個，所有模型大小達到近1GB的數據量。為實現GIS+BIM融合的綜合應用，對原始BIM模型進行了輕量化處理，最終實現了GIS+BIM模型Web端和移動端的流暢瀏覽漫游，如圖4所示。

圖4 徐浦大橋GIS+BIM模型圖

 通過構建一個融合了BIM技術和GIS技術的綜合性管養平臺，對橋梁管養數據進行系統性的管理，利用其可視化的管理方式，結合移動互聯網技術，以及協同辦公、數據完整性等優勢，實現了橋梁數據的精細化、智慧化管理。下面介紹BIM+GIS平臺在徐浦大橋精細化管養中的主要應用。

1.指揮調度

在實景地圖上實時顯示各臺管養車輛位置，需要應急處理時，管理者通過對講機通知車上人員，布置任務，以最快速度進行車輛調度，顯著提高應急反應速度。

2.模擬巡檢

通過在平臺上預定行車路線，可真實模擬日常養護巡檢，隨時隨地觀測途徑路線的視頻圖像、交通設施和周邊環境信息。既解決了擁堵車流下的巡檢困難問題，又節能環保。

3.橋梁病害可視化

利用BIM模型的三維可視化特性，可以解決表格羅列無法直觀展示病害空間分布的問題。因為BIM具有準確的3D模型，病害信息可以被程序識別，將病害信息以圖形化的方式，精確地顯示在BIM模型對應的位置上，并可以不同顏色表示構件病害的程度，為管理者提供交互式、可視化的分析工具。

4.移動端數據采集、運維管理

通過移動端橋梁運營養護管理平臺的建設，實現手持終端現場采集、記錄病害信息，包括樁號、車道、路燈編號等內容，并通過軟件中設置類別提示減少人為的信息遺漏，提高信息采集的準確性和完備性。

收集的數據儲存進入運營管理模塊，可將已儲存的信息發布、接收、上報、驗收，涵蓋病害維修全過程，可讓管理者實時把控病害處理進展。同理，可通過手持終端在事故現場進行應急事故申報，并實時查看應急事故處理現狀及追加進度。

不同終端記錄的病害、運營等數據信息，統一匯總在綜合管理平臺上進行統計。管理單位可根據構件編碼，從不同的表格中調出所有與構件直接相關聯的檢測及維護數據，并加入日期變量，通過時間軸的方式顯示一個構件的變化狀況，對該構件的狀態進行持續追蹤。由于所有構件的病害類型以及維修方法、成本都有記錄及編碼，因此讓管理單位能估算維護經費，輔助管理單位進行維護預算的制定。

結合上述徐浦大橋BIM＋GIS綜合性管養平臺的應用實例分析，證明了以BIM＋GIS技術為基礎，結合移動互聯技術，可實現高效、便捷的橋梁養護管理方式，具有很好的應用前景。

本文刊載 ：《大橋養護與運營》雜志 2018年 第四期 總第4期

作者：薛子欣

作者單位：上海浦江橋隧運營管理有限公司