CN108959736A - 一种基于bim的桥梁技术状况评定方法 - Google Patents

一种基于bim的桥梁技术状况评定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法，包括：创建桥梁BIM模型；录入病害信息；归类与统计部件；评定构件技术状况；评定部件技术状况；评定部位技术状况；评定总体技术状况；分析病害发展趋势。本发明方法可改善传统桥梁技术状况评定方法中存在的信息碎片化、记录不规范、表达不直观等缺陷，具有从桥梁病害信息的采集、分析到应用的完整步骤；可高效、精确地采集各类桥梁病害信息；实现病害信息规范化记录、集成化管理；采用BIM技术将病害信息转化为三维可视化信息，实现直观化表达；通过对病害信息的统计分析，实现对桥梁各层级技术状况的智能化评价；为科学合理地制定桥梁管养计划，开展桥梁管养工作提供基础。

Description

一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法
技术领域
本发明涉及结构安全检测领域，具体涉及一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法。
背景技术
桥梁结构的造价高，使用周期长，在其长达几十、甚至上百年的服役期内，环境腐蚀、材料老化、动静力荷载长期效应、疲劳效应以及突变效应等不利因素的耦合作用，都将不可避免地导致结构病害累积和抗力衰减，极端情况下甚至会引发灾难性事故。交通运输行业最新统计数据显示，我国有77.92万座公路桥，中小桥占比近90％。大规模的桥梁建设之后，随之而来的是桥梁的运营管理。桥梁技术状况评定是桥梁运营管理的基础工作，评定是否高效而准确决定了后续工作安排是否及时且合理。
传统的技术状况评定方法存在较多缺陷：1)信息碎片化，检测报告内的文字、表格、图像的信息关联性较弱，多份检测报告难以集成分析；2)记录不规范，检测过于依赖检测员的个人素质，易造成记录信息的模糊、缺漏或偏差；3)表达不直观，用一维文字或二维图像无法直观表现空间位置与分布关系；4)评价不同步，信息汇总及分析相对记录较为滞后，无法快速生成评定结果。
BIM(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息.以BIM技术三维可视化等特点为基础，可实现桥梁工程项目全生命周期的新管理模式.目前，已有学者将BIM技术应用到桥梁的运维管理中，但还未有能够保证病害的记录信息符合规范，三维可视化表达清晰，自动生成技术状况评定结果的方法，以满足科学运维管理的要求.
鉴于上述情况，亟需研发一种可实现信息集成化、记录规范化、表达直观化和评价同步化的桥梁技术状况评定方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法，可广泛应用于各种类型桥梁，能够简便高效、精准规范地评定桥梁技术状况。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法，包括：
S1、创建桥梁BIM模型，基于BIM平台构建待评定桥梁BIM模型；
S2、录入病害信息，在所述桥梁BIM模型中基于病害的空间位置选择模型网格，并选择网格点添加病害单元，提取病害单元ID及其构件ID，录入已获取的桥梁病害信息，完成病害单元创建；根据录入的桥梁病害信息，自动在数据库中添加病害记录；
S3、归类与统计部件，将桥梁构件按所属桥梁部件进行筛选和归类，获取相关计算参数；所述相关计算参数包括从属于部件的构件、构件数量、部件数量和t值；
S4、评定构件技术状况，根据所述病害信息和所述相关计算参数，进行桥梁构件级别的技术状况评定，并将构件级别技术状况评定结果存储至数据库；
S5、评定部件技术状况，根据所述构件级别技术状况评定结果和所述相关计算参数，进行部件级别的技术状况评定，并将部件级别技术状况评定结果存储至数据库；
S6、评定部位技术状况，根据所述部件级别技术状况评定结果，进行部位级别的技术状况评定，并将部位级别的技术状况评定结果存储至数据库；
S7、评定总体技术状况，根据所述部位级别技术状况评定结果，进行整体级别的技术状况评定，并将整体级别的技术状况评定结果存储至数据库；
S8、分析病害发展趋势，通过与数据库中桥梁历史检测数据对比分析，判断出桥梁的病害发展趋势。
优选的，步骤S2之前可利用无损检测技术及相关仪器设备完成桥梁检测，记录桥梁病害信息。
优选的，步骤S2中的桥梁病害采用自适应族模板设计，根据《公路桥梁技术状况评定标准》开发的桥梁病害信息管理平台可自动筛选相关指标，桥梁结构层级之间、病害类型与具体参数之间联动选择，输入指标对应数据完成病害单元创建。
优选的，步骤S2中的数据库的表结构将病害单元ID设置为主键，以此来唯一标识病害信息；通过建立辅助函数实现在BIM模型中连接与操作数据库，上传完毕的病害信息可查看和复核，对输入有误的病害记录可更正，对重复添加项可删除。
优选的，将桥梁构件按所属桥梁部件进行筛选和归类，包括：
将BIM模型中的结构构件按照所用族的名称中的部件关键字归类至各集合中，遍历集合可实现对目标部件中构件数量的统计。
优选的，步骤S4具体包括：
将数据库中构件ID相同的记录添加至同一个集合中，所述集合包括了该构件所有的病害信息；所述病害信息包含多项评价指标需要分别判断标度，根据指标标度和病害最高等级计算得出对应扣分值；根据累计扣分值，得到构件的技术状况得分；评定完毕，将包括构件名称和构件得分的信息上传至数据库。
优选的，桥梁构件级别的技术状况评定公式如下：
当x＝1时
U1＝DPi1
当x≥2时
当DPij＝100时
PMCIl(BMCIl或DMCIl)＝0
其中，PMCIl表示上部结构第i类部件l构件的得分，值域为0-100分；BMCIl表示下部结构第i类部件l构件的得分，值域为0-100分；
DMCIl表示桥面系第i类部件l构件的得分，值域为0-100分；
k表示第i类部件l构件出现扣分的指标种类数；
i表示部件类别，例如i表示上部承重构件、支座、桥墩等；
j表示第i类部件l构件的第j类检测指标；j＝x；
DPij表示第i类部件l构件的第j类检测指标扣分值；根据构件各种检测进行计算，扣分值按照《公路桥梁技术状况评定标准》取定。
优选的，步骤S5具体包括：
遍历属于部件的所有构件并统计构件得分平均值与最小值，结合步骤S3所确定计算参数t，得到部件的技术状况得分；评定完毕，将包括部件得分、构件得分平均值和最小值的信息上传至数据库。
优选的，部件级别的技术状况评定公式如下：
其中，PCCIi表示上部结构第i类部件的得分，值域为0-100分；当上部结构中主要部件某一构件评分值PMCIl[0，60)区间时，其相应的部件评分值PCCIi＝PMCIl；表示上部结构第i类部件各构件的得分平均值，值域为0-100分；BCCIi表示下部结构第i类部件的得分，值域为0-100分；当下部结构中主要部件某一构件评分值PMCIl[0，60)区间时，其相应的部件评分值BCCIi＝BMCIl；表示下部结构第i类部件各构件的得分平均值，值域为0-100分；DCCIi表示桥面系第i类部件的得分，值域为0-100分；表示桥面系第i类部件各构件的得分平均值，值域为0-100分；PCCImin表示上部结构第i类部件中得分最低的构件得分值；BCCImin表示下部结构第i类部件中得分最低的构件得分值；DCCImin表示桥面系第i类部件中得分最低的构件得分值；t表示随构件数量而变的系数，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定。
优选的，步骤S6中部位级别的技术状况评定公式如下：
其中，SPCI表示桥梁上部结构技术状况评分，值域为0-100分；SBCI表示桥梁下部结构技术状况评分，值域为0-100分；BDCI表示桥面系技术状况评分，值域为0-100分；m表示上部结构/下部结构/桥面系的部件种类数；Wi表示第i类部件的权重，对于梁式桥各部件的权重按《公路桥梁技术状况评定标准》规定取值。
优选的，步骤S7中整体级别的技术状况评定公式如下：
Dr＝BDCI×WD+SPCI×WSP+SBCI×WSB
其中，Dr表示桥梁总体技术状况评分，值域为0-100分；WD表示桥面系在全桥中的权重，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定；WSP表示上部结构在全桥中的桥梁技术状况评定标准》取定；WSB表示下部结构在全桥中的权重，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定；
桥梁总体技术状况评分计算完成之后还包括：
依据《公路桥梁技术状况评定标准》，对桥梁结构进行技术状况分类并进行评级，可分为5类。
优选的，步骤S8具体包括：
病害发展趋势判断以数据库中的桥梁历史检测病害信息为依据，每次桥梁检测记录都对应数据库中某张病害信息数据表；所有病害数据表具有相同的数据结构，通过在BIM模型中选择目标检测场次与病害单元以进行历史病害信息的对比与分析。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明的基于BIM的桥梁技术状况评定方法，可实现多层面评定，空间上可分为桥梁整体、部位、部件、构件各层级，时间上可对特定病害在检测间隔期的发展状况做出评估；
2、本发明的基于BIM的桥梁技术状况评定方法，可使评定过程更加规范化，有效减少或避免个人主观导致的记录模糊、错误、缺漏和无效，保证技术状况评定的基础信息准确；
3、本发明的基于BIM的桥梁技术状况评定方法，可使病害信息和评定结果更加直观化，改善了文字描述和二维图纸无法准确、全面描述病害信息与评定结果的缺陷；
4、本发明的基于BIM的桥梁技术状况评定方法，可使检测记录与技术状况评定趋于同步化，自动计算评分有利于及时判断桥梁状况，开展后续桥梁管养工作。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例基于BIM的桥梁技术状况评定方法的流程图；
图2为本发明实施例预应力混凝土T型刚构桥实景图；
图3为本发明实施例桥梁箱梁的Revit模型建模图；
图4为本发明实施例病害单元添加示意图；
图5为本发明实施例病害信息录入示意图；
图6为本发明实施例部件归类与统计结果示意图；
图7为本发明实施例构件级别技术状况评定示意图；
图8为本发明实施例箱梁病害构件评分表示意图；
图9为本发明实施例历次检测裂缝发展趋势图；
图10为传统方法与本发明方法的评定结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示，本发明一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法，包括：
S1、创建桥梁BIM模型，基于BIM平台构建待评定桥梁BIM模型；
S2、录入病害信息，在所述桥梁BIM模型中基于病害的空间位置选择模型网格，并选择网格点添加病害单元，提取病害单元ID及其构件ID，录入已获取的桥梁病害信息，完成病害单元创建；根据录入的桥梁病害信息，自动在数据库中添加病害记录；
S3、归类与统计部件，将桥梁构件按所属桥梁部件进行筛选和归类，获取相关计算参数；所述相关计算参数包括从属于部件的构件、构件数量、部件数量和t值；
S4、评定构件技术状况，根据所述病害信息和所述相关计算参数，进行桥梁构件级别的技术状况评定，并将构件级别技术状况评定结果存储至数据库；
S5、评定部件技术状况，根据所述构件级别技术状况评定结果和所述相关计算参数，进行部件级别的技术状况评定，并将部件级别技术状况评定结果存储至数据库；
S6、评定部位技术状况，根据所述部件级别技术状况评定结果，进行部位级别的技术状况评定，并将部位级别的技术状况评定结果存储至数据库；
S7、评定总体技术状况，根据所述部位级别技术状况评定结果，进行整体级别的技术状况评定，并将整体级别的技术状况评定结果存储至数据库；
S8、分析病害发展趋势，通过与数据库中桥梁历史检测数据对比分析，判断出桥梁的病害发展趋势。
如下将以一多跨连续钢构桥为例进行具体的说明。
参见图2所示，本实施例采用国道上的一座预应力混凝土T型刚构桥，该桥总长548m(58m+3×144m+58m)。该桥建成至今已有46年，积累病害的数量与类型较多，适用于验证基于BIM的桥梁技术状况评定方法的可行性和高效性。病害信息的资料取自大桥实施的外观检测以及技术检测的相关技术方案和检测报告。检测的范围涉及整体桥梁的桥面系、上部结构、下部结构以及这些桥梁部位所从属的所有结构构件和附属设施。
Autodesk公司Revit软件是我国建筑业BIM体系中使用最广泛的软件，故采用该软件建立该桥的BIM模型，图3所示是创建完成的桥梁模型。
如下以箱形梁钢筋锈蚀病害为例对信息录入进行模拟：
首先，添加病害单元：选择目标箱形梁结构构件并拾取病害所在截面；选择网格划分的规则进行网格划分；选择网格节点添加病害单元，如图4所示为病害单元添加后的效果。
其次，提取病害单元及其构件的ID：选择目标构件自动获取并显示构件ID；选择病害单元弹出病害信息管理平台界面显示构件和病害单元ID。
最后，输入病害信息：通过“选择图片”开启文件对话框选择该病害单元对应的病害图像；选择目标桥梁部位，如“上部结构”；选择目标桥梁部件，如“上部承重构件”；选择病害类型，如“钢筋锈蚀”；在评价指标对应的文本框中输入实测数值，本例“钢筋锈蚀”对应的评价指标为“电位”和“电阻率”，如图5所示为病害信息录入的平台界面。
病害信息的数据库管理包括了病害信息上传、查询、修改以及删除等功能。用户在管理界面操作，数据库中的信息记录同步更新。通过“上传信息”将病害信息上传至数据库；通过“查看”显示上传数据库的病害信息记录；通过“修改信息”更正选中的输入有误的病害记录；通过右键“删除”重复添加以及错误的病害信息。
大桥的技术状况评定，首先要对桥梁部件进行归类。以箱梁构件的归类与统计为例：在“部件分类”中选择“上部承重构件”，在“从属构件”中选择“箱梁”，系统自动筛选并统计大桥BIM模型上部承重构件中所有箱梁构件，结果如图6所示。
桥梁部件归类和统计完毕后可进行桥梁技术状况评定。在智能评定子模块中，点击“计算”可得出整体桥梁的技术状况评定分数和评级，结果上传至“桥梁技术状况评定”数据表。同时，模块提供了构件级别和部件级别的评定结果查询，如图7所示为构件级别的评定结果查询；可以进一步查询数据库中某类病害构件评分详细信息，如图8所示为箱梁病害构件的评分数据表。
分析历次检测过程中病害的发展趋势需要在三维BIM模型中进行操作：在BIM模型中选择目标病害单元，并在“趋势分析”中选择近四次检测。“病害趋势分析”窗口中显示该病害ID，以及各次检测数据折线图。如图9所示为裂缝宽度发展趋势图，由图可知其发展速度加快，桥梁养护时应重点关注。
参见图10所示，为系统智能技术状况评定与为传统检测报告技术状况评定的部分结果对比。经比较可知，只有上部承重构件一栏构件的数量统计存在差异，原因在于传统检测报告将T构两侧箱梁构件作为整体记为一个构件，而开发的病害智能评估系统将BIM模型中每一箱梁节段记为一个构件。两者并不存在本质差异，最终评定结得分与评级结果基本一致，因此智能评定系统的评定结果是可靠的。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的桥梁影响线识别方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的桥梁技术状况评定方法，其特征在于，包括：
S1、创建桥梁BIM模型，基于BIM平台构建待评定桥梁BIM模型；
S2、录入病害信息，在所述桥梁BIM模型中基于病害的空间位置选择模型网格，并选择网格点添加病害单元，提取病害单元ID及其构件ID，录入已获取的桥梁病害信息，完成病害单元创建；根据录入的桥梁病害信息，自动在数据库中添加病害记录；
S3、归类与统计部件，将桥梁构件按所属桥梁部件进行筛选和归类，获取相关计算参数；所述相关计算参数包括从属于部件的构件、构件数量、部件数量和t值；
S4、评定构件技术状况，根据所述病害信息和所述相关计算参数，进行桥梁构件级别的技术状况评定，并将构件级别技术状况评定结果存储至数据库；
S5、评定部件技术状况，根据所述构件级别技术状况评定结果和所述相关计算参数，进行部件级别的技术状况评定，并将部件级别技术状况评定结果存储至数据库；
S6、评定部位技术状况，根据所述部件级别技术状况评定结果，进行部位级别的技术状况评定，并将部位级别的技术状况评定结果存储至数据库；
S7、评定总体技术状况，根据所述部位级别技术状况评定结果，进行整体级别的技术状况评定，并将整体级别的技术状况评定结果存储至数据库；
S8、分析病害发展趋势，通过与数据库中桥梁历史检测数据对比分析，判断出桥梁的病害发展趋势。
2.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，步骤S2中的数据库的表结构将病害单元ID设置为主键，以此来唯一标识病害信息；通过建立辅助函数实现在BIM模型中连接与操作数据库。
3.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，将桥梁构件按所属桥梁部件进行筛选和归类，包括：
将BIM模型中的结构构件按照所用族的名称中的部件关键字归类至各集合中，遍历集合可实现对目标部件中构件数量的统计。
4.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，步骤S4具体包括：
将数据库中构件ID相同的记录添加至同一个集合中，所述集合包括了该构件所有的病害信息；所述病害信息包含多项评价指标需要分别判断标度，根据指标标度和病害最高等级计算得出对应扣分值；根据累计扣分值，得到构件的技术状况得分；评定完毕，将包括构件名称和构件得分的信息上传至数据库。
5.根据权利要求4所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，桥梁构件级别的技术状况评定公式如下：
当x＝1时
U1＝DPi1
当x≥2时
当DPij＝100时
PMCIl(BMCIl或DMCIl)＝0
其中，PMCIl表示上部结构第i类部件l构件的得分，值域为0-100分；
BMCIl表示下部结构第i类部件l构件的得分，值域为0-100分；
DMCIl表示桥面系第i类部件l构件的得分，值域为0-100分；
k表示第i类部件l构件出现扣分的指标种类数；
i表示部件类别，例如i表示上部承重构件、支座、桥墩等；
j表示第i类部件l构件的第j类检测指标；j＝x；
DPij表示第i类部件l构件的第j类检测指标扣分值；根据构件各种检测进行计算，扣分值按照《公路桥梁技术状况评定标准》取定。
6.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，步骤S5具体包括：
遍历属于部件的所有构件并统计构件得分平均值与最小值，结合步骤S3所确定计算参数t，得到部件的技术状况得分；评定完毕，将包括部件得分、构件得分平均值和最小值的信息上传至数据库。
7.根据权利要求6所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，部件级别的技术状况评定公式如下：
其中，PCCIi表示上部结构第i类部件的得分，值域为0-100分；当上部结构中主要部件某一构件评分值PMCIl[0，60)区间时，其相应的部件评分值PCCIi＝PMCIl；表示上部结构第i类部件各构件的得分平均值，值域为0-100分；BCCIi表示下部结构第i类部件的得分，值域为0-100分；当下部结构中主要部件某一构件评分值PMCIl[0，60)区间时，其相应的部件评分值BCCIi＝BMCIl；表示下部结构第i类部件各构件的得分平均值，值域为0-100分；DCCIi表示桥面系第i类部件的得分，值域为0-100分；表示桥面系第i类部件各构件的得分平均值，值域为0-100分；PCCImin表示上部结构第i类部件中得分最低的构件得分值；BCCImin表示下部结构第i类部件中得分最低的构件得分值；DCCImin表示桥面系第i类部件中得分最低的构件得分值；t表示随构件数量而变的系数，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定。
8.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，步骤S6中部位级别的技术状况评定公式如下：
其中，SPCI表示桥梁上部结构技术状况评分，值域为0-100分；SBCI表示桥梁下部结构技术状况评分，值域为0-100分；BDCI表示桥面系技术状况评分，值域为0-100分；m表示上部结构/下部结构/桥面系的部件种类数；Wi表示第i类部件的权重，对于梁式桥各部件的权重按《公路桥梁技术状况评定标准》规定取值。
9.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，步骤S7中整体级别的技术状况评定公式如下：
Dr＝BDCI×WD+SPCI×WSP+SBCI×WSB
其中，Dr表示桥梁总体技术状况评分，值域为0-100分；WD表示桥面系在全桥中的权重，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定；WSP表示上部结构在全桥中的权重，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定；WSB表示下部结构在全桥中的权重，按《公路桥梁技术状况评定标准》取定；
桥梁总体技术状况评分计算完成之后还包括：
依据《公路桥梁技术状况评定标准》，对桥梁结构进行技术状况分类并进行评级。
10.根据权利要求1所述的桥梁影响线识别方法，其特征在于，步骤S8具体包括：
病害发展趋势判断以数据库中的桥梁历史检测病害信息为依据，每次桥梁检测记录都对应数据库中某张病害信息数据表；所有病害数据表具有相同的数据结构，通过在BIM模型中选择目标检测场次与病害单元以进行历史病害信息的对比与分析。
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