CN109614697A - 一种基于bim的桥梁管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于BIM的桥梁管理系统，涉及桥梁技术领域，包括桥梁BIM平台、BIM软件平台、传输装置、智能监测装置和终端装置；以BIM技术为核心，以互联网、物联网、大数据、云计算信息技术为手段，将桥梁设计、建造和运营维护三个阶段融合在一起，实现信息共享；该系统面向多参与方、多阶段的BIM管理，为各阶段的BIM应用及各参与方的数据交换提供一体化信息平台支持，实现了各方信息的无损传递和共享；将设计、建造和运营维护三阶段一体化，将各个阶段的信息融合共享，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，为类似桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据。

Description

一种基于BIM的桥梁管理系统

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，尤其涉及一种基于BIM的桥梁管理系统。

背景技术

随着我国对基础设施建设的大力投入，公路桥梁建设取得空前发展，许多大型的跨越江河湖海、山涧沟壑的桥梁相继建成并投入使用，而普通公路的各种中小型桥梁、立交桥更是多种多样，为我国的交通运输大发展提供了保障。

这些桥梁的设计、建造和运营维护阶段都是独立的，导致信息不能共享，致使信息孤岛、应用孤岛、资源孤岛的出现。传统的桥梁管理系统多局限于桥梁本体结构，其主要功能是获取桥梁结构的响应参数，但是这种管理系统不仅缺少车线桥相合场的管理内容，同时缺乏对设计、建造期信息的追踪管理和综合应用。随着认识的深入和新技术的出现，人们对桥梁安全运行功能的关注不再局限于运营维护中桥梁本体的管理，也在探求车线桥环境相合场作用机理以及如何将不同阶段进行整合，从设计源头出发，将设计、建造和运营维护形成有效闭环反馈机制。

如上所述，既有桥梁管理系统将设计、建造和运营维护作为独立的三个阶段，缺少三阶段信息的交叉融合，形成了不同阶段的信息孤岛，导致面对不同管理者时，相关信息数据在传递过程中出现失真甚至丢失，这种传统的表现形式及管理系统存在一些不足的地方，比如：

1、以二维图纸作为信息主要载体，不易携带、传递和保存，且非专业人士较难理解；

2、关键施工工序多采用传统施工机具，效率偏低且人为因素影响大，施工信息传递仍依靠上传下达，沟通协调不足，信息追踪性差；

3、桥梁管养措施主要依靠定期检定和人工巡检结果，未将设计、建造及各种检测、管理数据进行联动分析。

发明内容

本发明针对背景技术的问题提供一种基于BIM的桥梁管理系统，实现以BIM技术为核心，集设计、建造和运营维护为一体。

为了实现上述目的，本发明提出一种基于BIM的桥梁管理系统，包括：桥梁BIM平台、BIM软件平台、传输装置、智能监测装置和终端装置；所述BIM软件平台与所述桥梁BIM平台相连接，所述智能监测设备通过传输装置与桥梁BIM平台相连接，所述终端装置与所述桥梁BIM平台进行信息交互；

所述的桥梁BIM平台，包括三维设计协同模块、建造信息管理模块和运营维护服务模块，其中，

所述三维设计协同模块，用于对桥梁进行BIM参数化建模，并与外部GIS系统、BIM系统、FEA系统连接，实现BIM信息模型的无损传递；

所述建造信息管理模块，用于对桥梁的施工、进度、安全、质量进行信息管理；

所述运营维护服务模块，用于对桥梁的病害信息、结构状态、维修措施、维修设备进行信息管理。

优选地，所述桥梁BIM平台采用分层架构，包括：外部接口层、应用功能层、服务支撑层和数据处理层；

述外部接口层，用于实现数据对接交换；包括：桥梁信息接口、地理信息接口、BIM信息接口、FEA信息接口、视频图像接口、网络通信接口和用户接口；

所述应用功能层，用于满足桥梁设计、桥梁建造、桥梁运营的全过程应用需求；设置所述的三维设计协同模块、建造信息管理模块和运营维护服务模块；

所述服务支撑层，用于为所述应用功能层的实现提供多媒体服务、GIS地理信息服务及可视化展示服务；

所述数据处理层，用于采集、处理、整合并存储所述桥梁BIM平台运行所需的桥梁设计数据、桥梁建造数据和桥梁运营数据，为所述应用功能层的实现提供数据服务。

优选地，所述三维设计协同模块，包括：BIM参数化建模模块和衔接模块，其中，

所述BIM参数化建模模块，用于对桥梁进行BIM参数化建模，设置有桥梁的构件库和模型库，用于存储标准构件的几何及属性信息；

所述衔接模块，用于通过接口与所述GIS系统、BIM系统和FEA系统进行连接。

优选地，所述建造信息管理模块包括虚拟施工模块和施工信息管理模块；其中，

所述虚拟施工模块，用于构建施工设备、施工工艺的族库，利用BIM系统进行施工4D虚拟建造，模拟施工过程，优化施工工艺和施工组织方案；

所述施工信息管理模块，对施工信息采集、存储、分析和反馈，对施工物料、施工设备进行管控，获取有效的施工信息；所述施工信息管理模块，包括：GIS模块、基础信息模块、可视化交底模块、图片管理模块、平面结构分析模块、桩基础分析模块、视频监控模块、进度管理模块、安全管理模块、质量管理模块、成本管理模块、施工监控模块和竣工验收模块。

优选地，所述运营维护服务模块，包括：智能人工巡检模块、病害库及专家远程会商模块、状态维修管养模块，其中，

所述智能人工巡检模块，用于接收终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，实现对桥梁病害的立体展示并上传至病害库及专家远程会商模块中；

所述病害库及专家远程会商模块，用于对接收到的病害信息进行判断是否需要处理，若是则将该病害信息存至病害库；进一步判断该病害信息是否是为新病害，若是则进行专家远程会商获取病害的有效处理措施，并将处理措施存至所述病害库；否则直接通过所述病害库中储存的处理措施对接收的病害进行处理；

所述状态维修管养模块，用于融合设计、建造、运营维护信息，利用大数据技术对多源异构数据进行分析，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，最终实现基于状态维修的运营维护体系，同时为桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据；其中，多源异构数据来源于不同阶段和不同主体，这些阶段包括竣工验收、静态验收、联调联试、试运行、开通运营，这些主体包括桥梁管理、轨道线路管理、综合管理车、智能人工巡检。

优选地，所述BIM软件平台，设置有Revit、Navisworks和BIM5D软件。

优选地，所述传输装置，包括：智能网关装置、用于进行数据发送任务的数据无线传输装置及对所述智能网关装置进行数据接收和下发指令的数据传输存储服务器。

优选地，所述智能监测装置，包括：设于桥梁上的应变监测器、索力及吊杆拉力监测器、北斗变形监测器、桥墩倾斜监测器、振动监测器、温湿度监测器、风速风向监测器、裂缝监测器、桥梁称重器、摄像监控器。

优选地，所述终端装置，为管理终端、移动终端和/或web终端。

优选地，所述的用户接口，包括：建设方接口、设计方接口、运营方接口、科研院所接口和企业接口，实现不同用户对所述桥梁BIM平台的操作。

本发明提出一种基于BIM的桥梁管理系统，具有如下有益效果：

1、以BIM技术为核心，以互联网、物联网、大数据、云计算信息技术为手段，将桥梁设计、建造和运营维护三个阶段融合在一起，实现信息共享；

2、该系统面向多参与方、多阶段的BIM管理，为各阶段的BIM应用及各参与方的数据交换提供一体化信息平台支持，实现了各方信息的无损传递和共享；

3、将设计、建造和运营维护三阶段一体化，将各个阶段的信息融合共享，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，为类似桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种优选实施例中基于BIM的桥梁监测系统的结构示意图；

图2为本发明一种优选实施例中桥梁协同管理平台的结构示意图；

图3为本发明一种优选实施例中三维设计协同模块的结构示意图；

图4为本发明一种优选实施例中建造信息管理模块的结构示意图；

图5为本发明一种优选实施例中运营维护服务模块的结构示意图；

图6为本发明一种优选实施例中运营维护服务模块对桥梁的病害信息的处理流程；

图7为本发明一种优选实施例中状态维修的管养模块的技术框架流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种基于BIM的桥梁管理系统；

本发明一种优选实施例中，如图1所示，包括桥梁BIM平台、BIM软件平台、传输装置、智能监测装置、终端装置；所述BIM软件平台与所述桥梁BIM平台连接，所述智能监测设备通过传输装置与桥梁BIM平台连接，所述终端装置与所述桥梁BIM平台进行信息交互；

本发明实施例中，所述BIM软件平台包括Revit、Navisworks、BIM5D软件，所述传输装置包括智能网关装置、进行数据发送任务的数据无线传输装置及对所述智能网关装置进行数据接收和下发指令的数据传输存储服务器，所述智能监测装置包括设于桥梁上的应变监测器、索力及吊杆拉力监测器、北斗变形监测器、桥墩倾斜监测器、振动监测器、温湿度监测器、风速风向监测器、裂缝监测器、桥梁称重器、摄像监控器，所述终端装置为管理终端、移动终端和web终端，所述设计人员、建造人员对所述桥梁BIM平台进行操作。

本发明一种优选实施例中，如图2所示，桥梁BIM平台采用分层架构，分为四个层次，从上到下依次分别是：外部接口层、应用功能层、服务支撑层、数据处理层；其中，

外部接口层包括桥梁信息接口、地理信息接口、BIM信息接口、FEA信息接口、视频图像接口、网络通信接口和用户接口，用于实现与其他系统的数据对接和交换：用户接口包括建设方接口、设计方接口，运营方接口、科研院所接口和企业接口，实现不同用户对桥梁BIM平台的操作；

应用功能层包括三维设计协同模块、建造信息管理模块、运营维护服务模块，用于满足桥梁设计、桥梁建造、桥梁运营的全过程应用需求；

服务支撑层为应用功能层的实现提供多媒体服务、GIS地理信息服务、可视化展示服务；

数据处理层采集、处理、整合并存储所述桥梁BIM平台运行所需的桥梁设计数据、桥梁建造数据和桥梁运营数据，为所述应用功能层的实现提供数据服务。

本发明一种优选实施例中，如图3所示，三维设计协同模块用于对桥梁进行BIM参数化建模，并与其他系统连接，实现BIM信息模型的无损传递；

三维设计协同模块，包括：BIM参数化建模模块和衔接模块；

BIM参数化建模模块对桥梁进行BIM参数化建模，可控制多类型参数，调整模型中数据关系，实现模型的几何和类型参数变化，适应复杂多变的结构设计，提高建模效率。BIM参数化建模模块包括桥梁的构件库和模型库，用于存储标准构件的几何、属性信息。

衔接模块通过地理信息接口、BIM信息接口和FEA信息接口分别与GIS系统、BIM系统、FEA系统连接，实现数据模型无损传递，避免重复工作，提高分析效率。

本发明一种优选实施例中，如图4所示，建造信息管理模块用于对桥梁的施工、进度、安全、质量进行信息管理，建造信息管理模块，包括：虚拟施工模块、数字化施工模块、施工信息管理模块；

虚拟施工模块构建施工设备、施工工艺的相关族库，利用BIM系统进行施工的。虚拟建造，模拟施工过程，并检查主体结构、临时结构、施工的智能机械机具设备是否有碰撞，优化施工工艺和施工组织方案，例如施工进度计划、双代号网络图、人材机配置方案的优化。

施工信息管理模块，用于对施工信息采集、存储、分析和反馈，对施工物料、施工设备进行管控，获取有效的施工信息，施工信息管理模块包括：GIS模块(用于展示项目的具体地理位置)、基础信息模块(用于展示项目的工程概况)、可视化交底模块(用于展示项目的特殊、复杂结构的可视化三维模型)、图片管理模块(用于展示项目实际施工过程的照片)、平面结构分析模块(用于对项目上部结构主体进行受力分析)、桩基础分析模块(用于对项目下部结构进行受力分析)、视频监控模块(用于对项目现场施工状况进行实时视频监控)、进度管理模块(用于对项目施工实际进度与施工计划进度进行对比)、安全管理模块(用于对项目施工过程容易发生事故、危险情况进行预防和管控)、质量管理模块(用于实现项目实际生产质量问题记录、跟踪、整改)、成本管理模块(用于项目施工过程材料成本核算，人、材、机配置与进度关联产生成本分析)、施工监控模块(用于监测和控制项目施工过程结构变化情况)和竣工验收模块(用于查看项目设计到施工全过程档案资料)，结合建设、施工、监理、监控参与方需求，实现进度、质量、安全、成本施工信息的采集、存储、分析和反馈，对物料、设备资源进行动态管控，获取有效施工信息，不仅实现施工质量的可追踪，更为竣工验收资料的交付提供基础。

本发明一种优选实施例中，如图5所示，运营维护服务模块用于对桥梁的病害信息、结构状态、维维修措施、维维修设备进行信息管理，运营维护服务模块包括智能人工巡检模块、病害库及专家远程会商模块、状态维修管养模块。

本发明一种优选实施例中，如图6所示，运营维护服务模块对桥梁病害信息的处理流程包括：

步骤1，所述智能人工巡检模块将所述终端装置巡检采集的病害信息上传至述病害库及专家远程会商模块中的病害库；

步骤2，所述病害库及专家远程会商模块对接收到的病害信息进行判断，如果该病害信息不需要处理，则进行步骤1，否则进行步骤3；

步骤3，将该病害信息存至所述病害库；

步骤4，判断该病害信息是否是新病害，如果该病害信息是新病害，则进行步骤5，否则进行步骤6；

步骤5，通过所述病害库及专家远程会商模块进行专家远程会商，并获取病害的有效处理措施，同时将处理措施存至所述病害库；

步骤6，直接通过所述病害库中储存的有效处理措施进行处理。

所述智能人工巡检模块，用于接收终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，实现对桥梁病害的立体展示并上传至病害库及专家远程会商模块中；

现场巡检人员通过终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，并把采集的信息传递到智能人工巡检模块，实现对桥梁病害的立体展示，有利于病害的可持续性追踪，方便追溯管理。智能人工巡检模块将巡检采集的病害信息上传至病害库及专家远程会商模块。

所述病害库及专家远程会商模块，用于对接收到的病害信息进行判断是否需要处理，若是则将该病害信息存至病害库；进一步判断该病害信息是否是为新病害，若是则进行专家远程会商获取病害的有效处理措施，并将处理措施存至所述病害库；否则直接通过所述病害库中储存的处理措施对接收的病害进行处理；

本发明一种优选实施例中，如图7所示，为基于状态维修的管养模块的技术框架流程图。所述基于状态维修的管养模块，用于融合设计、建造、运营维护信息，利用大数据技术对多源异构数据进行分析，选定5项预警指标，包括：

①承载能力利用率，该指标可作为构件承载能力方面的预警指标，其数值可基于构件的静应力监测数据计算得到；

②年疲劳损伤度，该指标可作为设有动应力测点构件的疲劳损伤预警指标，其数值可基于构件的动应力监测数据计算得到；

③疲劳车辆荷载，该指标可作为无动应力测点构件的疲劳损伤预警指标，其数据值可基于车辆荷载监测数据计算得到；

④跨中竖向变形，该指标可作为全桥线形方面的预警指标，其数值可基于GPS几何监测数据计算得到；

⑤固有频率变化率，该指标可作为全桥整体振动特性方面的预警指标，其数值可基于振动监测数据计算得到。

将结构状态划分为3个层次：未见异常状态、黄色预警状态和红色预警状态。

为了判别结构的不同状态，设置黄色预警和红色预警2层阈值，可根据以下3个方面确定：

(1)基于历史监测数据得到各个预警指标的统计规律，并取具有95％保证率的预警指标分位值作为黄色预警阈值。随着桥梁运营年限的增加，历史监测数据积累越来越多，可将其反馈到结构预警体系中，定期更新预警阈值。

(2)通过有限元分析方法，考虑正常使用极限状态下设计荷载的组合情况，取各荷载组合下的最不利工况响应值作为红色预警阈值。随着桥梁运营年限的增加，需根据定期更新的荷载模型和结构模型，对最不利工况响应值作出相应调整。

(3)采用国家或地方颁布的相关规范与规程规定的限值作为预警阈值。由于规范限值原则上是不允许突破的，因此规范限值通常用作红色预警阈值。

通过以上方法，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，最终实现基于状态维修的运营维护体系，同时为桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据；其中，多源异构数据来源于不同阶段和不同主体，这些阶段包括竣工验收、静态验收、联调联试、试运行、开通运营，这些主体包括桥梁管理、轨道线路管理、综合管理车、智能人工巡检。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，包括：桥梁BIM平台、BIM软件平台、传输装置、智能监测装置和终端装置；所述BIM软件平台与所述桥梁BIM平台相连接，所述智能监测设备通过传输装置与桥梁BIM平台相连接，所述终端装置与所述桥梁BIM平台进行信息交互；

所述的桥梁BIM平台，包括三维设计协同模块、建造信息管理模块和运营维护服务模块，其中，

所述三维设计协同模块，用于对桥梁进行BIM参数化建模，并与外部GIS系统、BIM系统、FEA系统连接，实现BIM信息模型的无损传递；

所述建造信息管理模块，用于对桥梁的施工、进度、安全、质量进行信息管理；

所述运营维护服务模块，用于对桥梁的病害信息、结构状态、维修措施、维修设备进行信息管理。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述桥梁BIM平台采用分层架构，包括：外部接口层、应用功能层、服务支撑层和数据处理层；

所述外部接口层，用于实现数据对接交换；包括：桥梁信息接口、地理信息接口、BIM信息接口、FEA信息接口、视频图像接口、网络通信接口和用户接口；

所述应用功能层，用于满足桥梁设计、桥梁建造、桥梁运营的全过程应用需求；设置所述的三维设计协同模块、建造信息管理模块和运营维护服务模块；

所述服务支撑层，用于为所述应用功能层的实现提供多媒体服务、GIS地理信息服务及可视化展示服务；

所述数据处理层，用于采集、处理、整合并存储所述桥梁BIM平台运行所需的桥梁设计数据、桥梁建造数据和桥梁运营数据，为所述应用功能层的实现提供数据服务。

3.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述三维设计协同模块，包括：BIM参数化建模模块和衔接模块，其中，

所述BIM参数化建模模块，用于对桥梁进行BIM参数化建模，设置有桥梁的构件库和模型库，用于存储标准构件的几何及属性信息；

所述衔接模块，用于通过接口与所述GIS系统、BIM系统和FEA系统进行连接。

4.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述建造信息管理模块包括虚拟施工模块和施工信息管理模块；其中，

所述虚拟施工模块，用于构建施工设备、施工工艺的族库，利用BIM系统进行施工4D虚拟建造，模拟施工过程，优化施工工艺和施工组织方案；

所述施工信息管理模块，对施工信息采集、存储、分析和反馈，对施工物料、施工设备进行管控，获取有效的施工信息；所述施工信息管理模块，包括：GIS模块、基础信息模块、可视化交底模块、图片管理模块、平面结构分析模块、桩基础分析模块、视频监控模块、进度管理模块、安全管理模块、质量管理模块、成本管理模块、施工监控模块和竣工验收模块。

5.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述运营维护服务模块，包括：智能人工巡检模块、病害库及专家远程会商模块、状态维修管养模块，其中，

所述智能人工巡检模块，用于接收终端装置采集数字化信息，包括文字、图片、音频、视频、桥梁病害信息以及所处位置，实现对桥梁病害的立体展示并上传至病害库及专家远程会商模块中；

所述病害库及专家远程会商模块，用于对接收到的病害信息进行判断是否需要处理，若是则将该病害信息存至病害库；进一步判断该病害信息是否是为新病害，若是则进行专家远程会商获取病害的有效处理措施，并将处理措施存至所述病害库；否则直接通过所述病害库中储存的处理措施对接收的病害进行处理；

所述状态维修管养模块，用于融合设计、建造、运营维护信息，利用大数据技术对多源异构数据进行分析，构建桥梁结构性能评价和安全运行的基本指标体系，最终实现基于状态维修的运营维护体系，同时为桥梁工程的设计、施工和运营维护提供技术依据；其中，多源异构数据来源于不同阶段和不同主体，这些阶段包括竣工验收、静态验收、联调联试、试运行、开通运营，这些主体包括桥梁管理、轨道线路管理、综合管理车、智能人工巡检。

6.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述BIM软件平台，设置有Revit、Navisworks和BIM5D软件。

7.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述传输装置，包括：智能网关装置、用于进行数据发送任务的数据无线传输装置及对所述智能网关装置进行数据接收和下发指令的数据传输存储服务器。

8.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述智能监测装置，包括：设于桥梁上的应变监测器、索力及吊杆拉力监测器、北斗变形监测器、桥墩倾斜监测器、振动监测器、温湿度监测器、风速风向监测器、裂缝监测器、桥梁称重器、摄像监控器。

9.根据权利要求1所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述终端装置，为管理终端、移动终端和/或web终端。

10.根据权利要求2所述的基于BIM的桥梁管理系统，其特征在于，所述的用户接口，包括：建设方接口、设计方接口、运营方接口、科研院所接口和企业接口，实现不同用户对所述桥梁BIM平台的操作。