与“数”俱进——基于BIM技术的大溪河特大桥数字桥梁管理平台

近些年来，我国现代化建设持续深入，基础设施建设的力度也在不断加强。桥梁施工是交通基础设施建设的重要内容之一，在交通运输行业中发挥着十分重要的作用。

随着科学技术的发展，人类社会进入了数字化时代。如今，数字化发展迅猛，已然成为了各行各业的热词。在国民经济中发挥着重要作用的交通运输行业，从建设管理到装备产品，都打上了智能化、数字化的标签。BIM作为一种建筑信息化新型技术，以一个贯穿生命周期的通用数据格式，创建、收集关于设施的信息，具有可视化、参数化、一体化、仿真性、协调性、可出图性等特性，在工程的设计、施工及运维过程中得到了推广和应用。

BIM以建筑工程项目的各项相关信息作为模型的基础，建立建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，使建筑工程在其整个进程中显著提高效率。将BIM技术应用于建筑工程设计、建造、管理，能够显著提高工程建造效率，大量减少风险。

目前，我国桥梁工程BIM 技术尚处于起步阶段，缺乏系统的研发技术。为此，研发基于BIM技术的用于大跨度钢混组合梁斜拉桥是施工监控的数字桥梁施工管理平台，具有重要的理论意义和工程应用价值。

大溪河特大桥为安康至来凤国家高速公路奉节至巫山段上的关键控制性工程，跨越长江支流大溪河，奉节岸位于奉节县鹤峰镇三义村李家屋场，巫山岸位于巫山县大溪镇平台村堰增湾。主桥为双塔双索面组合梁斜拉桥，主梁采用工字型钢-混组合梁，钻石形桥塔（承台群桩基础),辅助墩与交界墩采用花瓶墩群桩基础。引桥上部结构采用预应力混凝土T梁。下构桥墩采用空心墩、柱式墩,桥台采用重力式桥台均配桩基础。

高墩大跨度钢混组合梁斜拉桥的施工监控，与常规的预应力混凝土梁斜拉桥施工监控相比，两者间存在许多的类似点，但前者在施工监控中有许多不同的特点，归纳起来包括如下几点：

斜拉桥在施工过程中误差的产生因素很多，主要可以分为计算误差、测量误差、施工操作误差等几大类。对于组合梁，还存在制造和安装的施工状态误差。对此类误差的产生及误差影响的调整是施工监控分析的重点。

对于组合梁斜拉桥，施工误差的产生原因是多样的，相对应的施工监控时的控制目标也呈现多样性特点。主要的控制目标包括：线形类目标、内力类目标、安装类目标、施工类目标等。上述控制目标存在着相互影响、相互制约的关系，在控制时也必须有重点地加以区分对待。

组合梁斜拉桥主梁施工中，与混凝土斜拉桥的立模标高相比，组合梁的拼装不能像混凝土梁段浇筑那样实现主梁梁段连接处无应力转角和悬臂端标高的较大调整。特别是转角误差对标高误差具有很大的累积性影响效应，因此，其线形控制较混凝土主梁斜拉桥的线形控制操作难度大。

在施工中存在着环境温度、构件温度场分布状况差异等因素，对施工过程和施工计算分析的显著影响，对关键施工工序施工时间进行限制，也是控制温度效应对施工精度影响幅度的常用手段。主跨合龙阶段必须进行连续的温度观测和梁长测定，才能确定合理的合龙时机和恰当的合龙段梁长。

本桥桥位区域气候变化较大，对于监控的测量测试，尤其是几何线形的测量影响尤为明显。通常无风条件下，随着斜拉桥悬拼的伸长，主梁端头高程测试时，通过仪器能观测到明显的跳动情况，环境稍有变化，这种跳动将明显加剧，这就要求监控测试时，测试人员应精细测试，并且由具有丰富测量经验的技术人员担当测试工作。对于几何测试的基准点，应定期进行复测，在各监测工况，由施工单位和监控单位分别对需采集的数据进行收集，并及时核对，避免测试错误或较大的测试误差。

根据交通运输部科技示范工程“三峡库区奉建高速公路安全智能建造科技示范工程——大型缆索桥梁建设-运营期智能监测与控制技术示范应用”要求，针对大溪河特大桥开展建设-运营期智能监测与控制技术示范应用，建立综合考虑桥梁施工监控-荷载试验-健康监测一体化的大溪河特大桥数字桥梁管理平台，实现桥梁施工监控量测智能化、成桥荷载试验与运营期健康监测增量及全量数据的在线监测，保证施工监控量测与运营期健康监测的数据连续性，达到提升桥梁工程品质、保障桥梁施工与运营安全的目的。

能够基于大溪河BIM模型以及三维平台，实现大溪河的虚拟展示，实现三维场景漫游、信息展示、监测数据展示、量测等功能。

三维全景

以BIM模型和图表结合的方式对项目涉及的管理专题进行展示：今日天气、自动监测、手工监测、环境监测、爬模监测等,并展示系统的各类报警和预警信息。点击每类数据可进行数据穿透。

集成监控页面

桥梁监测专题可以实现对桥梁专题监控数据集成，主要监测内容包括主梁应力、主梁线性、主塔偏位、主塔应力以及斜拉索应力等，并能够展示和控制用于桥梁施工监测的球机监控摄像头。

桥梁监测

能够展示传感器以及摄像头位置,并对接监控设备实时、历史监测数据。

爬模监测专题可以实时查看爬模设备当前位置，并与桥梁模型一起展示爬模施工进展，并能集成爬模应力监测、位移监测成果数据、爬模上的摄像头视频信号。

 爬模监测

缆索吊装监测专题可以对缆索吊装相关的监测数据进行集成展示，监测内容包括：塔偏监测、锚碇变形、主缆应力以及视频监控。

塔式起重机监测专题可以集成桥梁和塔式起重机模型，对塔式起重机相关的监测数据进行集成展示，监测内容包括：碰撞预警、起重量以及视频监控。

塔吊监测

升降机监测专题可以集成桥梁和升降机模型，对升降机相关的监测数据进行集成展示，监测内容包括：升降机的高度、门限位、升降状态、是否超载以及视频监控等。

升降机监测

提供良好的人机交互界面，便于使用者操作，主要含环境主题、变形主题、应力主题、受力主题等数据的管理、分析，具有以下功能：

能够对硬件系统进行远程控制。综合管理系统结合智能仪器，可远程调整测试参数，避免传统仪器以及系统因为进行参数改变而必须进入现场的问题。

数据显示功能。可以显示实时监控的数据，也可将历史数据调出进行显示。

数据分析功能。主要对数据进行各类分析处理，主要有：数据的统计分析、结构参数识别、结构的安全评估等功能。

数据分析

自动报表功能。可根据系统自动或者人工分析的结果，自由选择自动生成各类型报表。

工作简报

综合评估与控制。状态识别与评估子系统应实现对监测数据的细化统计和分析，并通过有限元模型加载了解桥梁状态的变化规律。通过选定的评价对象或评价指标，根据设定的评价指标体系及评价标准，对桥梁施工进行精细化控制。

可进行结构安全状况的预报警。当判断出结构存在安全隐患时，系统进行预报警，报警可通过实时界面提示、报表、电子邮件和短信形式进行。

为桥梁施工建设提供工程管理功能，主要是组织机构管理、人员管理、指令单管理、联络单管理等功能。负责桥梁施工监控信息在办公管理中流转，实现协同办公工程管理自动化，优化现有的管理组织结构，调整管理体制，在提高效率的基础上，增加协同办公管理能力，强化决策的一致性，最后实现提高决策效能的目的。

以5G通信、云计算、大数据、物联网、智能控制为基础核心技术，针对大溪河特大桥长期性能演变与建设、运营安全问题，建成综合考虑桥梁施工监控-成桥荷载试验-运营期健康监测一体化的大溪河特大桥数字桥梁管理平台，无缝衔接桥梁建管养运全过程，在线感知、监测、识别、评定和实时预警桥梁荷载与环境作用、结构响应、结构性能、结构状态与安全水平。

在桥梁建设期间埋设长寿命免维护智能传感器，避免后期布设损伤桥梁结构。对温度、湿度、风场等环境参数、汽车、轮船撞击、地震等荷载作用、钢结构与混凝土应力及裂缝、主梁变形、主缆及桥面线形、缆索索力、塔柱偏位、基础沉降等结构力学响应，以及振型、阻尼等动力特性参数的瞬时增量和累积全量进行实时监测。为掌握桥梁长期性能演变规律提供完善的结构响应原始数据，采用5G通信无线传输存储数据、图像与视频，结合物联网技术在BIM综合管理平台上实现桥梁安全评估与实时预警。对灾害全程记录并及时响应、快速生成分析报告，可显著提升大型缆索桥梁建造质量和营运管理水平，提高桥梁承载能力评估与安全预警的科学性，有效提升桥梁工程品质、保障施工与运营安全。