BIM技術(shù)在橋梁承載力評(píng)定中的應(yīng)用研究

通訊作者：楊永恒，1987年10月，男，漢族，寧夏銀川人，現(xiàn)任寧夏公路管理中心固原分中心橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)，大專。研究方向：道路橋梁。

摘要：當(dāng)前施工企業(yè)在進(jìn)行橋梁工程建設(shè)時(shí)，工程的承載力評(píng)定工作，是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容。但是在進(jìn)行工程評(píng)定工作開展時(shí)，還存在較多的問題，不僅存在一些操作人員的失誤問題，而且最終的評(píng)定結(jié)果經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)誤差等情況。因此施工企業(yè)要引進(jìn)更加先進(jìn)的評(píng)定技術(shù)，才能保證這項(xiàng)工作在開展時(shí)更加的順利，減少誤差情況，保證最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。在進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用時(shí)，可以促進(jìn)評(píng)定工作進(jìn)行更好的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)比較多，在使用時(shí)可以與評(píng)定工作進(jìn)行完美的融合。本文就BIM技術(shù)在橋梁承載力評(píng)定中的應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)的分析和研究。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);橋梁承載力評(píng)定;應(yīng)用;分析研究

Abstract： When carrying out bridge engineering construction， the assessment of the bearing capacity of the project is very important. However， in the process of engineering evaluation， there are still many problems， such as the error of the operator and the error of the final evaluation results. Therefore， construction companies need to introduce more advanced assessment techniques to ensure the smooth progress of this work， reduce errors， and ensure the accuracy of the final results. The application of BIM technology can promote the development of assessment work. This technology has many application advantages and can be perfectly integrated with the evaluation work. This paper analyzes and studies the application of BIM technology in bridge bearing capacity assessment.

Keywords： BIM technology; bridge bearing capacity assessment; application; analysis and research

一、前言

現(xiàn)階段在對(duì)橋梁的荷載進(jìn)行試驗(yàn)和承載力評(píng)定時(shí)，還存在一定的信息管理問題。因此相關(guān)人員必須建設(shè)信息模型，通過軟件的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行二次開發(fā)。通過對(duì)系統(tǒng)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且搭建相應(yīng)的應(yīng)用模塊，構(gòu)建更加完整的橋梁承載力評(píng)定系統(tǒng)。在開展相關(guān)工作時(shí)，這項(xiàng)系統(tǒng)可以應(yīng)用到實(shí)際的評(píng)定工作中，而且系統(tǒng)的應(yīng)用可行性和效率更高。用過相關(guān)的研究表明，在進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，可以通過三維可視化的模擬開展實(shí)驗(yàn)，并且將相關(guān)的信息和數(shù)據(jù)，都通過模型進(jìn)行集成化的管理。從而建立更加完整的信息數(shù)據(jù)庫，可以為評(píng)定工作的開展，提供有效地支持[1]。

二、橋梁承載力評(píng)定系統(tǒng)框架建設(shè)

在進(jìn)行系統(tǒng)框架建設(shè)時(shí)，主要是以開展試驗(yàn)為目的，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)施加荷載作用力，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在不同作用力下的反應(yīng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)定。并且根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)結(jié)構(gòu)承載的能力進(jìn)行重新驗(yàn)算，對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載能力是否符合應(yīng)用的要求進(jìn)行判定。在開展荷載試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)系數(shù)是評(píng)價(jià)的直接指標(biāo)，可以對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用狀態(tài)和理想狀態(tài)，進(jìn)行真實(shí)的反映。

在進(jìn)行檢驗(yàn)系數(shù)計(jì)算時(shí)，可以按照相應(yīng)的公式開展操作。通過開展荷載試驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行確定，主要是在試驗(yàn)開展之前，建立橋梁結(jié)構(gòu)的受力模型，通過開展靜力荷載試驗(yàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的控制截面和測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行布置。還要應(yīng)用一些傳感器設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，可以選擇不同的車輛，通過車輛的荷載作用，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值進(jìn)行計(jì)算[2]。

如圖一所示，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理分析的時(shí)候，可以建立相關(guān)的模型，對(duì)測(cè)點(diǎn)的位置和相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。要對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中，結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行確定，還要對(duì)相應(yīng)的數(shù)值和系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，就要開展靜力荷載試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)通常需要比較多的信息，要通過模型的建立，確定測(cè)點(diǎn)的位置和車輛的位置，還要在傳感器設(shè)備的作用下，對(duì)不同荷載的布置信息進(jìn)行確定。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，可以對(duì)不同作用力下的應(yīng)變值和撓度值進(jìn)行計(jì)算[3]。

如圖二所示，在開展實(shí)驗(yàn)的過程中，可以應(yīng)用BIM技術(shù)建立評(píng)定系統(tǒng)。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，主要包括數(shù)據(jù)層、模型層以及技術(shù)層等。

數(shù)據(jù)層是在管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立數(shù)據(jù)庫?？梢詫?duì)實(shí)驗(yàn)過程中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，集中包括傳感器的信息和加載的信息。

在進(jìn)行模型層建設(shè)時(shí)，是通過模型的建立，對(duì)實(shí)驗(yàn)的情況進(jìn)行模擬，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，從而展現(xiàn)評(píng)定的結(jié)果，屬于一項(xiàng)重要的平臺(tái)?？梢酝ㄟ^模型的建立，將所有的信息集中到模型中，并且與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

在進(jìn)行技術(shù)層構(gòu)建時(shí)，可以通過應(yīng)用程序?qū)涌谶M(jìn)行編程，并且對(duì)后續(xù)的軟件進(jìn)行開發(fā)。在數(shù)據(jù)庫的支持下，可以建立軟件交互界面，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的交互和功能的協(xié)調(diào)[4]。

在進(jìn)行應(yīng)用層建立時(shí)，主要的應(yīng)用層內(nèi)容包括模型的信息管理、實(shí)驗(yàn)的信息管理以及結(jié)構(gòu)的荷載力評(píng)定等較多內(nèi)容。模型的進(jìn)行管理主要包括模型的建立和轉(zhuǎn)換，在進(jìn)行車輛模型建設(shè)時(shí)，是開展信息管理的基礎(chǔ)內(nèi)容?？梢栽诂F(xiàn)有的模型基礎(chǔ)上，對(duì)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且對(duì)不同測(cè)點(diǎn)的理想數(shù)值進(jìn)行測(cè)算。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)信息管理模塊建設(shè)時(shí)，主要包括實(shí)驗(yàn)情況的模擬和信息的管理。

在開展模擬工作時(shí)，可以對(duì)試驗(yàn)中不同車輛的核載情況和傳感器設(shè)備的布置方案進(jìn)行展現(xiàn)。信息管理工作是對(duì)不同位置的測(cè)點(diǎn)信息進(jìn)行管理，是在評(píng)定工作開展的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)行整理和分析。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的評(píng)定模塊建設(shè)時(shí)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模型，對(duì)荷載力進(jìn)行評(píng)定和計(jì)算，并且與歷史的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析[5]。

三、應(yīng)用BIM技術(shù)建設(shè)的橋梁承載力評(píng)定模型

（一）待檢的橋梁模型建設(shè)

在進(jìn)行橋梁承載力評(píng)定模型建設(shè)時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)，可以通過參數(shù)化構(gòu)件進(jìn)行模型設(shè)計(jì)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要建立參照的表面，對(duì)構(gòu)件的輪廓線進(jìn)行準(zhǔn)確的繪制，通過拉伸作業(yè)和放樣作業(yè)，以及融合等指令，建設(shè)實(shí)體模型。要對(duì)模型中的構(gòu)件尺寸進(jìn)行全面的注釋，還可以添加橋梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)。在進(jìn)行建設(shè)時(shí)，可以輸入具體的參數(shù)值，生成各個(gè)構(gòu)件，并且對(duì)所有的構(gòu)件進(jìn)行整合，從而創(chuàng)建更加完整的模型[6]。

（二）檢測(cè)車輛模型的建設(shè)

在進(jìn)行模型建設(shè)時(shí)，要想保證質(zhì)量信息顯示更加精細(xì)，就要?jiǎng)?chuàng)建加載車輛模型。在進(jìn)行模型建設(shè)時(shí)，需要添加車牌號(hào)參數(shù)和車輛的核載重量以及車輛的軸距等信息內(nèi)容。在進(jìn)行建設(shè)時(shí)，車牌號(hào)參數(shù)可以對(duì)不同的車輛進(jìn)行區(qū)分，通過車輛自身的荷載力，對(duì)整體承載力進(jìn)行真實(shí)的反映。在進(jìn)行車輛軸距添加時(shí)，可以對(duì)荷載力的分布位置，進(jìn)行準(zhǔn)確的反映[7]。

（三）模型轉(zhuǎn)換管理

在進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換時(shí)，要提取相應(yīng)的幾何信息，通過構(gòu)件的關(guān)鍵點(diǎn)和軟件的應(yīng)用，生成幾何的實(shí)體。這種方式在應(yīng)用時(shí)，可以構(gòu)建更加完整的構(gòu)件模型，而且建設(shè)效率比較高。

如果構(gòu)建模型的形狀比較復(fù)雜，就不能應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，可以采用另外一種方式進(jìn)行建設(shè)。即獲取構(gòu)建的模型，對(duì)幾何信息進(jìn)行提取，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)格式。通過邊界的表達(dá)對(duì)幾何實(shí)際的模型，進(jìn)行具體的描述，將獲取到的實(shí)體模型變成命令流。在進(jìn)行信息提取時(shí)，不僅存在幾何信息，還存在一些物理信息。這個(gè)模型在應(yīng)用時(shí)，在對(duì)象的屬性中，儲(chǔ)存了有關(guān)建模所需要的非幾何信息，對(duì)橋梁的有限元進(jìn)行分析時(shí)，需要從存儲(chǔ)的非幾何信息中，提取可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的物理信息，包括密度、數(shù)據(jù)和彈性模量信息。系統(tǒng)在進(jìn)行信息匹配時(shí)，可以對(duì)模型中的幾何信息和物理信息進(jìn)行編號(hào)和轉(zhuǎn)換。在進(jìn)行有限元模型建設(shè)之前，需要對(duì)相應(yīng)的信息進(jìn)行匹配。在匹配的過程中，對(duì)所有的模型進(jìn)行編號(hào)，并且對(duì)構(gòu)件模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。根據(jù)構(gòu)件模型的物理參數(shù)，對(duì)實(shí)體模型對(duì)應(yīng)的構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，對(duì)相應(yīng)的材質(zhì)屬性和構(gòu)件，進(jìn)行準(zhǔn)確地查找，可以賦予材質(zhì)編號(hào)的信息[8]。

四、評(píng)定試驗(yàn)過程中的信息數(shù)據(jù)管理

在進(jìn)行評(píng)定實(shí)驗(yàn)開展的過程中，需要對(duì)不同荷載力下的檢測(cè)車空間分布情況，以及軸距和軸重的信息數(shù)據(jù)等內(nèi)容，進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并且對(duì)不同荷載力下的撓度數(shù)值和應(yīng)力信息進(jìn)行測(cè)量[9]。

（一）模擬靜載試驗(yàn)情況

在進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用時(shí)，通過模型的對(duì)實(shí)驗(yàn)的情況進(jìn)行模擬，主要的內(nèi)容是在橋梁模型上，布設(shè)實(shí)驗(yàn)所需要的傳感器設(shè)備，并且對(duì)不同荷載力的檢測(cè)車進(jìn)行布置。在實(shí)驗(yàn)的過程中，要想對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查看和編輯，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)中的檢測(cè)車布置情況，采用三維視圖和二維布置相結(jié)合的方式進(jìn)行展示。要在二維的平面上，進(jìn)行車輛的布置，對(duì)試驗(yàn)中的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新。

如圖三所示，在車輛的布置工作完成之后，可以通過篩選器設(shè)備的應(yīng)用，在三維視圖中對(duì)布置情況進(jìn)行確認(rèn)。然后通過平面布置圖的查詢，對(duì)車輛的尺寸和位置等信息，進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。在進(jìn)行模型傳感器設(shè)備應(yīng)用時(shí)，首先要對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行確定，然后對(duì)設(shè)備所在結(jié)構(gòu)的表面信息進(jìn)行選擇。要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行準(zhǔn)確的劃分，獲取設(shè)備在結(jié)構(gòu)中的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)位置，還要將設(shè)備添加到橋梁結(jié)構(gòu)中，才能自動(dòng)的獲取相應(yīng)的ID[10]。

（二）試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理

在開展靜力荷載的實(shí)驗(yàn)時(shí)，要想完成承載力的評(píng)定任務(wù)，需要在不同荷載力的車輛作用下，對(duì)傳感器設(shè)備測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行明確。還要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)上不同位置的傳感器建設(shè)位置進(jìn)行查找，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際測(cè)量數(shù)值和撓度結(jié)果進(jìn)行記錄。在開展評(píng)定工作時(shí)，可以通過軟件的應(yīng)用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行錄入界面的設(shè)計(jì)?？梢詫?duì)不同荷載力實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)值進(jìn)行記錄，然后對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳和修改。通過添加文本的注釋，對(duì)數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用情況進(jìn)行準(zhǔn)確的查看。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可以建設(shè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的管理。這個(gè)數(shù)據(jù)庫的基本功能，包括數(shù)據(jù)信息的添加和查詢等。在進(jìn)行信息添加時(shí)，可以將提取到的數(shù)據(jù)信息，上傳到數(shù)據(jù)庫中。在開展信息查詢工作時(shí)，可以選擇不同試驗(yàn)的數(shù)據(jù)信息和傳感器設(shè)備，通過列表視圖對(duì)已經(jīng)記錄的信息記錄進(jìn)行查詢。在進(jìn)行信息修改時(shí)，可以搜索相應(yīng)的關(guān)鍵詞，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改，修改后的數(shù)據(jù)信息會(huì)在數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)更新，并且在列表視圖中進(jìn)行展示。

五、應(yīng)用BIM技術(shù)開展橋梁承載力評(píng)定工作

應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行評(píng)定，相關(guān)的工作，主要包括建立實(shí)驗(yàn)信息管理模塊，對(duì)傳感器設(shè)備的信息和不同荷載力下的檢測(cè)設(shè)備位置及操作信息進(jìn)行獲取，還可以通過模型結(jié)合管理模塊的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有模型信息進(jìn)行獲取。根據(jù)測(cè)點(diǎn)的信息和檢測(cè)車的位置信息，對(duì)荷載輸入與相應(yīng)的輸出信息進(jìn)行設(shè)置。通過模型的分析，對(duì)不同荷載力下不同測(cè)點(diǎn)的理論計(jì)算數(shù)值和應(yīng)變的數(shù)值。

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)信息管理模塊建設(shè)時(shí)，可以對(duì)不同測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)彈性變位和應(yīng)變數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。通過各測(cè)點(diǎn)的理論數(shù)值和實(shí)測(cè)數(shù)值，對(duì)結(jié)構(gòu)的檢驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行測(cè)算，并且根據(jù)工作的規(guī)定，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的荷載力進(jìn)行評(píng)定。

在開展工作時(shí)，可以根據(jù)不同測(cè)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)可以對(duì)系數(shù)進(jìn)行自動(dòng)的篩選，對(duì)系數(shù)是否超過標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行測(cè)算。在進(jìn)行模型應(yīng)用時(shí)。可以對(duì)傳感器設(shè)備的建設(shè)位置進(jìn)行定位，并且對(duì)設(shè)備與相應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行查找，并且將最終的測(cè)定結(jié)果上傳到數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存的信息，主要包括了傳感器設(shè)備的ID和實(shí)驗(yàn)情況的描述以及測(cè)點(diǎn)的理論數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)值等。在添加傳感器設(shè)備和結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，系統(tǒng)可以對(duì)傳感器設(shè)備的ID進(jìn)行自動(dòng)的查找。其中的結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)系數(shù)，是不同測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)值和理論數(shù)值比，需要通過數(shù)值的應(yīng)用，對(duì)最終的結(jié)果進(jìn)行確定，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力是否符合建設(shè)的要求進(jìn)行判斷。在開展靜力荷載試驗(yàn)時(shí)，橋梁使用期內(nèi)每次評(píng)定結(jié)果的信息，都應(yīng)該上傳到數(shù)據(jù)庫中。而且每次評(píng)定都應(yīng)該填寫相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)表，通過對(duì)試驗(yàn)時(shí)間和傳感器ID的選擇，對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行比較。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在異常變化，可以對(duì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行獲取，并且對(duì)數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)圖進(jìn)行繪制，為后期的養(yǎng)護(hù)作業(yè)開展，提供有效地依據(jù)。

六、試驗(yàn)結(jié)論的驗(yàn)證

在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)承載力評(píng)定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，應(yīng)該結(jié)合相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)評(píng)定模型的應(yīng)用，對(duì)最終的結(jié)果進(jìn)行復(fù)查。還可以通過模型信息的管理和實(shí)驗(yàn)信息的管理，對(duì)評(píng)定的功能進(jìn)行審核，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)?？梢詫⑦@些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)引用到工程實(shí)例中，對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)算。

七、結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行BIM技術(shù)應(yīng)用時(shí)，開展荷載試驗(yàn)，可以建立三維可視化的模型，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效地管理。將試驗(yàn)開展過程中，所展現(xiàn)的信息數(shù)據(jù)應(yīng)用到模型中，可以幫助操作人員對(duì)試驗(yàn)的所有程序，進(jìn)行全面的掌握。在進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用時(shí)，還可以建立更加全面的信息數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的錄入和存儲(chǔ)等功能，在進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)查詢和修改時(shí)更加的方便，而且可以同步地實(shí)現(xiàn)信息的錄入和存儲(chǔ)，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。在進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用時(shí)，還增加了橋梁結(jié)構(gòu)的分析功能，使得評(píng)定工作在開展時(shí)更加智能，促進(jìn)這項(xiàng)工作進(jìn)行了更好地發(fā)展。

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