桥梁信息管理的宝贵工具！BrIM技术“复活”老旧桥梁

BIM技术最早兴起于建筑行业，名称里的“B”(Building)开头初期仅仅指一般的民用建筑，而如今BIM技术已经不再局限于民用建筑，在基础设施方面也得到了广泛的应用和发展。具体就桥梁工程而言，有学者将桥梁的信息化模型技术称为“BrIM”（Bridge Information Modeling)，美国联邦公路管理局其至提出了专门针对桥梁的OpenBrIM标准。BIM技术促使桥梁全生命周期各环节的工作方式都发生了巨大的变革。

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为什么要发展BrIM

BIM与BrIM从技术层面上并没有本质的区别，但是如果深入思考这个问题就会发现，桥梁工程的发展以横向为主，即沿着桥跨方向持续增长；而房屋建筑则是从底层开始，沿垂直方向无限提高。另外，桥梁的构成元素相对建筑来说，则更为简单一些。所以，建筑领域中的BIM技术则包含的内容更多，例如机电、管线工程等。从发展动机来看，我们现在迫切地需要进入到数字化时代。

试想，建于四五十年前的桥梁，如果我们想要找到当时的设计图稿，非常难。例如，想要简化以前的设计标准，发现几乎不可能找到之前的桥梁资料。鉴于这样的情况，充分发挥电脑科技的潜能，将当前的应用转化为全数字传输，以数字化的语言来表达整个桥梁生命周期内的各种信息，从“记账”转向更具附加值的工程。

2014年，麦格劳——希尔建筑公司(McGraw-Hill Construction)做了一项统计，90%的房屋建设使用了BIM技术，主要是矩形的建筑网格、楼层系统定义的几何布局等，而桥梁上的应用却少之又少。究其原因，有人认为早期的桥梁工程面向运输，需要水平方向建设，几何图形多以水平对齐、垂直剖面和横向交叉坡度来定义。但最根本的原因，则是行业内的信息无法有效地沟通交流。例如，BrIM应用从设计开始，经历制造、施工，最后交付到运维管养方的信息却损失了很多，已经无法继续使用该信息进行沟通协作。美国联邦政府正是认识到了这样的问题，才开始决定要建立一套桥梁工程的数据标准，将整个桥梁全生命周期内的所有数据有效地整合在一起，确保数据在传递过程中不再缺失出错。

为了更好地宣传推广BrIM，美国联邦政府更希望给每一座桥梁建立一个电子档案，着重考虑信息在多参与方之间的有效交互，不仅限于桥梁的初始设计阶段，还包括后期桥梁的检测评估等过程。

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老旧桥梁的信息管理

在过去的桥梁项目中，信息管理通常是使用二维的CAD图纸进行。但今天，一种新的工具应用于桥梁，称为桥梁信息模型（BrIM），它可以帮助各方更加高效的协作。在智利的10座桥梁上应用了这种工具进行结构分析和检测诊断。经验表明，BrIM使得参与项目维护和运营的各方，可以顺畅地在虚拟模型上相互沟通协作，BrIM也成为信息管理的宝贵工具。

在世界各地，许多古老和历史悠久的桥梁仍在服役。在桥梁的整个使用寿命中，由于各种因素的影响，已经老化的桥梁出现恶化和失效的情况越来越多。因此，桥梁管理系统的重要性与日俱增，通过良好的维护来确保运营安全。在国际层面，已经开展了新技术的研究，以实现与桥梁相关项目的全面管理。

BrIM的使用是基于结构构件的智能表示，这些构件承载着桥梁生命周期所有阶段的详细和必要信息。

作为一个案例研究，在智利更具体地说，在比尼亚德尔马市，有10座桥梁受到2010年2月27日地震的影响，然而，由于缺乏维护，它们之前也出现了一些损坏。这就是“比尼亚德尔马市桥梁的分析和结构诊断”项目开展的原因。在这个项目中，有来自各方的参与者，包括测量员、结构工程师、岩土工程师、承包商和客户等。

这10座桥梁都是老旧的结构，发现了不同的问题，例如在桥梁的几何细节图方面，缺乏详细的记录。从最初的方案，到CAD图中新的几何测量，反映了项目不同参与方之间不稳定的信息管理。

在这项工作中，工作方式的改变体现在工具的使用上，如从CAD到通用和参数化模型。研究结果发现，桥梁信息模型（BrIM）是一种新的和适当的方法，用于提高精确水平，收集建成后的数据和三维建模，从而允许在不同的参与方之间有效地管理维护和操作信息。

在2010年2月27日发生的地震中，比尼亚德尔马市社区的道路基础设施遭到了破坏。在受影响的结构中，有比尼亚德尔马市最古老的桥梁。通过目视检查，发现这些桥梁的结构出现了不同程度的恶化。

在重建、恢复和在建计划的框架内，由地震产生的直接影响桥梁可用性的维修工程被提上日程。在整个框架中，共分为四个阶段：平面测量和初步评估、收集结构的背景资料和发展情况分析、诊断和结构评估、设计职权范围。

在结构诊断和评估阶段，收集和分析桥梁当前状态的信息是主要关注点之一，这是因为在这个阶段需要有完整的平面测量和几何测量，详细反映施工情况的状态。另外，由上一阶段获得的数据应以适当的比例在CAD图纸上表示出来，使用平面图、立面图、剖面图和细节图。最后，结构评估和诊断应包括结构方面和功能方面。

因此，必须考虑足够的准确性和竣工数据的收集水平。尽管作为第一个要求，需要用CAD平面图来表示，但通过阐述三维参数模型，将BrIM技术方法纳入其中。

桥梁竣工模型的建立过程是基于以下步骤。

首先，在现场对桥梁的所有构件进行测量记录，如桥墩、桥台、梁、桥面、栏杆和其他。这样做是为了达到良好的精度，避免在下一步中出现不良的几何形状。

其次，对现场收集的所有信息进行分析，并使用BrIM软件对3D参数化模型进行细化，通过这种方式生成所需的平面图、立面图、剖面图和细节图。

最后，桥梁模型以工业基础类（IFC）标准的形式呈现，这是BrIM和相关数据交换协议的行业共识标准。通过这种方式，数字文件就可以导入到各种BrIM计算机程序中进行进一步的处理，如结构分析程序。

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细化竣工后的参数模型

以10座桥梁中的3座为例子，阐述参数模型的细化过程。最初的桥址处的岩土地质环境，是通过与Civil 3D程序中生成的文件进行整合而成的。该扩展程序允许提取桥址处的地面和一些具有代表性的地理环境。

建模工作从现场获得的信息和测量数据开始，按类别对代表桥梁的不同构件进行分组，如桥面、桥墩等。结构的建模是使用Revit工具进行的。

Recreo桥，也被称为Chorrillos桥，供车辆和行人使用，目前仍在正常使用中。桥梁由5根钢纵梁组成，共5跨。

Quinta桥是用于连接瓦尔帕莱索地区维尼亚德尔马的北部（北1号大道）和南部（阿勒吉街）的结构，仅允许行人通过Marga-Marga河口。该桥是由一块钢筋混凝土板支撑在两根相同材料的纵梁上，整座桥梁共8跨。

而另一座允许车辆和行人通过Marga-Marga河口的Quillota桥，是单向通行的，有3条朝南的车道。整个结构与Quinta桥相似，也是有一个钢筋混凝土板，支撑在相同材料的纵梁上，共8跨。

在使用BrIM软件阐述三维参数化模型后，通过IFC等开放格式，也可以很容易与结构领域的程序交换这些信息。示例中的每座桥都用SAP2000 v23有限元软件创建了一个完整的模型。

信息模型可以成为一个有价值的工具，促进桥梁项目不同参与方之间的信息管理，无论其类型如何。

在桥梁构件的表示和绘图方面，有必要基于软件的使用和结构化的经验基础。当创建一个三维模型时，优势体现在可以把所有的元素作为一个整体来看待，允许从各种视图的安排中对模型进行详细的探索，这可以促进“价值工程”的进程，包括由参与项目构想的专业人士对项目进行改进。

在实现项目的不同专业人员之间交换信息时，使用IFC这样的开放格式是非常有用和容易的。

可以明确的是，在生成竣工模型时遇到的困难之一是没有桥梁的原始文件，如平面图纸，因为它们太旧了，信息没有得到适当的保护。因此，正如在这项工作中所提到的，有必要对所有的桥梁进行实地的几何测量，推进竣工图纸和3D建模的发展。通过这些信息可以与结构工程领域共享和合作，从而解决疑虑和纠正所研究的不同桥梁的模型的错误。

这项工作中，需要先描述桥梁三维建模的现状，创建参数化模型，并在项目的维护和运营中，对涉及各方之间不同的信息进行管理，而所有这些都是建立在新技术发展的最新研究基础上，也就是建立一种称为BrIM的工作方法。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_528768.html

来源：贤集网

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