《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）—第一部分桥梁工程篇《基于BIM技术的桥梁结构安全运营监测和大数据运行平台研究》

完成单位：玉溪公路局、北京中交华联科技发展有限公司、昆明安泰得软件股份有限公司

主要完成人：付彦、杨汝灿、詹松、唐成艳、丰权章、伊伟刚、郭昊天、付永嘉、冯聪、白柠诚

项目简介

（一）项目背景

　　为响应国家“十三五”规划提出实现制造强国和网络强国的发展进程，以及交通运输部高度重视BIM技术及物联网技术在智能交通领域的应用，玉溪公路局提出“基于BIM技术的桥梁结构安全运营监测和大数据运行平台研究”。依托于云南省公路局新平县峨德河大桥、华宁县天生桥6号桥和婆兮大桥，对公路交通网关键节点上的重要桥梁关键指标进行实时状态感知，采集桥梁荷载数据、内力响应数据、表面形态数据、物理化学环境数据等信息；及时将感知数据信息、日常养护和养护工程等数据集成到BIM模型，整合相关工程的设计、施工、运营全生命周期的BIM信息，形成三维数字建筑信息资源基础设施；采用大数据挖掘、数据融合技术和桥梁安全评定方法进行病害原因分析，对桥梁安全状况进行可视化评价，获得桥梁的安全状况信息，掌握每座桥梁结构的实际安全储备，避免桥梁在日常使用中发生灾难性的后果；通过对公路桥梁的行为感知和状态评定，及时对桥梁的维修和养护提供数据资料和决策依据；通过对感知系统的构建和探索，充分利用先进的物联网技术构建更为科学和完善的桥梁安全感知体系，以提高桥梁运营管理的水平和效率，减少桥梁的管理和养护成本；通过对不同桥梁数据长期的积累分析，为制定桥梁设计、施工、运营维护相关技术规范和标准提供数据支持；通过本项目的研究，为桥梁养护领域培养高素质人才。

（二）技术概况

　　研究的总体技术路线为：广泛搜集国内外先进的桥梁运营安全监测方法和BIM在桥梁养护管理方面的应用技术，并结合课题组成员多年来在公路桥梁BIM应用、检测、监测、以及信息化建设中积累的丰富经验以及相关研究成果，在充分理解BIM技术、大数据技术和公路桥梁相关规范标准的基础上，以公路常用桥梁为研究对象，以桥梁的行为感知和预警技术作为课题的研究核心，开展项目的研究。

（三）适用范围

　　应用本项目的研究成果，可为有效地进行桥梁结构的状态感知和异常状态预警提供理论分析和应用上的支撑、进而及时发现桥梁结构安全事故的发生。对保障国省干线隧道运营的安全性，避免和减少安全事故，具有重要意义。

（四）获奖情况

　　《2021年度中国交通运输协会科学技术二等奖》

项目创新点

　　（一）公路桥梁状态感知指标体系：对公路常用桥梁的结构类型、受力形式进行分类梳理，结合对现有桥梁安全监测、桥梁安全预警相关技术的分析调研，以及桥梁养护管理单位对桥梁关键监测指标的建议和意见，分层建立桥梁状态感知预警指标体系，包括环境、结构变形、结构受力三大类，总结归纳常用桥型桥梁状态感知指标及布设标准。

　　（二）基于大数据桥梁状态感知系统：根据研究确定的感知指标，综合考虑成本控制、性能合理、安装简便等方面因素，研究确定基于大数据的感知设备选型与布设方案。利用桥梁各种传感器动态采集交通量荷载信息、桥梁变形、应力、振动、位移等信息。同时对国内外设备及同类型设备进行比对试验，总结出综合性能优化的桥梁状态感知体系布设推荐方案。

　　（三）公路桥梁结构分级指标安全预警模型：根据监测的公路桥梁结构形式特点，考虑影响结构正常运营状态和承载能力的各要素，确定结构的预警分级指标和分析不同预警级别下的阈值，建立预警模型；提出公路桥梁不同预警分级应对措施建议。

　　（四）基于BIM的桥梁状态感知大数据安全预警集成系统：在公路桥梁状态感知指标体系、感知系统和预警技术研究成果的基础上，进行桥梁安全监测预警系统的软硬件集成。运用大数据流程，将分散、多样化的状态感知监测主数据通过标准化、质量清洗，集成及监控等操作进行优化，提升、挖掘主数据的应用价值；建立桥梁状态感知与评价系统平台体系架构，结合BIM模型，开发建设相应的软件，对桥梁养护进行可视化管理；建成覆盖养护工程分类、养护方案决策、养护计划编制、养护工程施工管理、工程验收、监督检查管理的养护全过程“互联网+公路养护”平台；统一管理各养护施工单位、管理处巡查中发现的病害，实现病害上报、审核、监测、检测、养护、管理、数据查询、汇总和统计等一体化功能，逐步积累和构建桥梁结构安全运营养护监测大数据。

应用案例

　　项目名称为玉溪公路局峨德河桥营运期监控、监测系统安装服务合同（以下简称“该项目”），依托工程为河口大桥（原名峨德河桥），位于云南省玉溪市新平县。该项目主要包括安装车辆实时监测系统和桥梁挠度监测系统。通过车辆实时监测系统采集车辆数据,其中包括：可获得轴载荷、总载荷、轴型、轴间距、总轴距、轴数、车型、车牌号、通过速度、通过时间、通过车道、违例（超重、超速）、交通流量等13项车辆信息参数。通过桥梁挠度监测系统可对桥梁运营过程中桥梁挠度变化状况进行监测，可与违例数据相互印证。

　　根据河口大桥结构特点以及该桥梁目前所处道路的运营情况、结构技术现状及结构的力学性能特点，确定挠度传感器及动态称重传感器布设选点。根据所监测指标的特点及具体需求，选取从量程、精度和使用条件满足需要的传感器，并进行安装布设和现场组网。监测数据采集的传输系统由桥梁的外场数据采集站和无线(有线)信号传输网络组成。外场数据采集站有多个数据采集模块组成，模块将采用先进的成熟产品，以确保系统的稳定性、耐久性和高精度。根据桥梁原始结构数据以及车辆等信息，结合现场数据的实测结果，在此基础上与桥梁设计值进行计算比较和分析。

社会效益与经济效益

　　本项目研究成果的应用可在桥梁结构异常初期及时发现问题并采取相应的处治对策解决出现的问题，可减少相关管理单位运维过程中的难度；且减少了由于桥梁结构安全的状态异常导致对交通网运行影响而引起的经济损失，因而，项目的研究具有良好的经济效益。作为一个基于BIM技术的桥梁结构安全运营监测和大数据运行平台研究，必须建立综合评估机制以反映桥梁运行安全的状态，为桥梁的管理养护提供理论依据。鉴于监测和评估的目的是要找出桥梁的实际安全储备，以避免桥梁在日常使用中发生灾难性的后果，且其与人身安全和财产损失有关而成为桥梁安全评估的主要内容，本项目具有良好的社会效益。