CN110516820B - 一种基于bim的钢结构桥梁信息化运维系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑技术领域，公开了一种基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统及处理方法，对桥梁的状态信息进行采集，使运维信息数据格式化，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变；存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库；并从安全性、经济性、可持续性、防灾性能方面对桥梁的服役状态与运维方案进行评估并给出评估报告。本发明相较于传统运维系统的信息创建过程更加的全面、完整；本发明可视化特征亦可以对运维信息进行可视化处理，帮助运维人员结合可视化图形快速读取信息；本发明结合BIM技术自身的信息技术优势，实现与云技术的双向对接，对海量的运维数据进行云存储处理，降低运维系统对于硬件的要求。
Description
技术领域
本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统及处理方法。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：
桥梁运维管理系统的发展经历了三个历史阶段：第一个历史阶段中，桥梁运维管理系统初步建立，通过数据库技术实现了对于桥梁运维数据的存储，以及基本的查询、统计功能；第二个历史阶段中，桥梁运维管理系统在信息存储方面进一步完善，除了桥梁基本信息，系统还实现了对养护检测信息、等级评定等信息的存储；第三个历史阶段中，桥梁运维管理系统结合最新的GIS技术，实现了对项目级桥梁的信息化管理，帮助桥梁管理者做出更加科学高效的决策。
目前主流的公路桥梁管理系统有干线公路桥梁管理系统CBMS、网络版桥梁管理系统CBMS3000和高速公路桥梁管理系统CEBMS，其中应用最为广泛的是CBMS2008版。CBMS2008提供桥况登记、数据录入管理、查询统计、评价决策、加固对策、资金分配、维修检查计划和年度报告等综合管理功能。虽然传统的桥梁运维管理系统在不断的改进，但其依然存在以下几处短板：
(1)传统的桥梁运维监测活动只是人工巡检与结构监测的简单结合，人工巡检通过肉眼识别或相应设备检测；结构监测主要依靠传感器实现，相当一部分信息仍然记录在纸质文档之上，海量的设备清单、病害数据、状态日志并没有实现高效的集成联动，信息在收集、存储、分析的过程中工作量巨大，出现问题的可能性很大，信息碎片化也导致了无法对桥梁健康发展趋势进行科学精准的预测。
(2)传统的运维管理系统无法实现桥梁健康状态与病害信息的可视化，不能在三维视图中显示问题发生部位，难以对问题部位加强监测，不易确定重点监测对象，同时不可直观的识别病害的动态发展历程。当需要完成养护决策或者对病害发展趋势进行预测时，又需要对全桥病害进行重新梳理，费时费力。
(3)传统的运维管理系统更注重的是对运维阶段信息的采集、存储与分析评价，设计和施工阶段的工程信息与运维阶段是相割裂的，这非常不利于桥梁工程全生命周期信息的信息复用与全面分析。
(4)不论是桥梁设计阶段，还是施工阶段的BIM技术应用，核心都是数据信息的收集、管理与应用，运维阶段的BIM技术应用亦如是。而要想使信息的收集、管理与应用更加的高效科学，那就需要首先了解运维阶段信息流的特点。通过分析桥梁运维阶段的数据特点、可以得出桥梁运维阶段信息数据的以下特点：
多维性：桥梁的运维信息管理是一个信息的综合管理过程，运维阶段的信息基础来自于设计阶段和施工阶段，而最主要的信息还是来自于运维阶段自身所产生的信息。在运维养护阶段，运维管理者关心的不仅仅使桥梁的结构使用安全，还要考虑桥梁在运维工作中的经济性、可持续性、高效性。在管理的过程中除了会涉及桥梁的结构内力信息，运维管理者还需要收集病害检测、养护成本、设备运行能耗、交通流量、降雨降雪等气候信息。多维的信息的收集需要依靠大量的现代化设备，而多维度碎片化信息的集成与后期分析则又给桥梁的运维人员提出了新的困难与挑战。
异构性：异构性就是指运维数据之间具有不同的数据结构。产生数据结构差异的原因主要有两个，第一个是由软件差异所导致，即源头差异，第二个则由信息记录方式的差异所导致，即过程差异。目前在BIM市场中还没有形成一套可以覆盖桥梁工程全生命周期的解决方案，在一个工程项目建设的过程中必须在不同的软件中进行功能的切换，各家软件厂商都有各自的数据信息交互格式与存储格式，这就势必造成数据格式的杂乱，给运维数据集成管理造成困难。在桥梁的运维养护过程中，为了能够更好地对桥梁的实际服役状态进行记录和还原，大量病害、设备、维修、养护信息是通过图片、表格的形式记录的，再通过文档格式的运维报告对所有的信息进行集成汇总，这也就造成了信息在记录与存储过程中的格式差异。
动态性：桥梁工程信息管理是一个动态的过程。不断会有新的参与方加入到信息添加的过程中，如业主、设计单位、施工单位、监理单位、运维单位等等，设计阶段添加方案设计、几何尺寸、材料信息，施工阶段添加安全、质量、进度信息，而运维阶段添加病害信息、养护信息、健康监测信息等等，桥梁工程信息的创建、修改与使用由各个阶段的参与主体完成。随着桥梁服役状态的不断变化，桥梁的信息组成成分也在不断地出现改变，为了保证运维决策地科学性与即时性，运维管理者必须不断对运维管理系统内的信息进行更新，使运维信息模型状态与桥梁的实际结构状态保持一致。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)传统的桥梁运维监测活动海量的设备清单、病害数据、状态日志并没有实现高效的集成联动，信息在收集、存储、分析的过程中工作量巨大，出现问题的可能性很大，信息碎片化导致无法对桥梁健康发展趋势进行科学精准的预测。
(2)传统的运维管理系统无法实现桥梁健康状态与病害信息的可视化，不能在三维视图中显示问题发生部位，难以对问题部位加强监测，不易确定重点监测对象，同时不可直观的识别病害的动态发展历程。
(3)传统的运维管理系统更注重的是对运维阶段信息的采集、存储与分析评价，设计和施工阶段的工程信息与运维阶段是相割裂的，无法实现桥梁工程全生命周期信息的信息复用与全面分析。
解决上述技术问题的难度：
实际上BIM技术在当前桥梁工程领域的应用是非常有限的，BIM技术在新项目中的应用尚且处于摸索阶段，在运维阶段的实际应用案例则更加稀缺，没有成熟的技术应用路线；桥梁BIM软件缺乏，虽然BIM设计软件厂家重多，但是针对桥梁工程的设计软件不多，现有的设计软件不能解决桥梁BIM建模的实际需要，在专业编码、数据存储、传输、识别、读取、展示等方面都存在不同程度的困难；BIM技术本身就是一门交叉性很强的信息技术，运维阶段又涉及多系统的联合应用，包括GIS系统、健康监测系统、养护管理系统等，如何整合BIM技术使其完美贴合桥梁运维工作的实际需求，则又给桥梁工作者提出了新的技术性难题。
解决上述技术问题的意义：
随着我国桥梁建设高潮的退去，在役桥梁中的危桥和病桥数量不断增加，据不完全统计，目前国内公路网中服役超过20年的桥梁占到40％，超过10万座桥梁被评定为危桥，如何加强对这些在役桥梁运维信息管理，特别是钢结构这种多发病害的桥梁类型，已经成为一个保证桥梁服役状态的重要问题。BIM技术作为一种新兴的基于计算机图形图像的工程信息综合管理技术，对于提升建筑工程的信息化水平有着显著的效果。将BIM技术引入到桥梁工程的运维阶段，可以为运维单位提供更加统一的管理模式，提升桥梁全生命周期信息的集中度与传递效率，避免信息之间的割裂与碎片化；充分利用BIM技术的可视化特性，改善桥梁运维系统桥梁病害信息的还原度，帮助桥梁运维人员更加有针对性地制定养护计划；综合利用BIM模型的数字化优势，以其为数字接口引入人工智能、移动互联网、云技术等信息技术，强化运维系统的信息化水平，减少人工重复性工作。因此，不论从横向或者是纵向上来看，将BIM技术引入桥梁的运维阶段对于改善桥梁运维环境，降低运维成本，提升桥梁工程运维阶段的信息化水平都有重要意义，同时对BIM技术在桥梁全生命周期的应用有着重要的探索意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统及处理方法。
本发明是这样实现的，一种基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统及处理方法，所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统包括：
桥梁运维数据采集模块：用于对桥梁的状态信息进行采集，同时对肉眼、机械设备、电子传感器所捕捉到的桥梁的状态信息进行加工，使运维信息数据格式化，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变。
桥梁运维数据库：用于存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库。所述桥梁状态信息包括与结构安全相关的关键信息，如结构状态信息、结构损损伤信息、关键结构响应信息。也包括与结构安全相关性较小的信息如设备运行能耗统计信息、服役环境历史温度湿度信息。
桥梁服役状态评估模块：包括由安全评估单元、成本测算单元、能耗优化单元、防灾分析单元。用于依据数据库中的设计施工资料、检测病害信息、健康监测数据、设备运行数据、材料机费用信息，从安全性、经济性、可持续性、防灾性能方面对桥梁的服役状态与运维方案进行评估并给出评估报告。
桥梁决策养护模块：用于依据现有桥梁全方面的综合评价及预测结果，根据现行养护费用标准的要求做出符合该桥梁状态等级的养护计划。
进一步，所述桥梁运维数据库具体包括：
桥梁运维数据库还包括：以BIM运维信息模型为基础，存储经由二次重构的桥梁状态信息，将桥梁状态信息进行可视化处理，通过图形化的方法将各种异构数据信息集成到运维信息模型中，实现运维信息的集成管理。
进一步，所述桥梁服役状态评估模块具体包括：
桥梁服役状态评估模块包括安全评估单元、成本测算单元、能耗优化单元、防灾分析单元。
安全评估单元：用于基于二次重构的桥梁运维信息，快速确定病害位置、形态与尺寸信息，即时发现桥梁结构的异常内力状态，并基于历史记录资料和监测设备实时传回的结构内力状态信息对桥梁的服役状态作出评估。并在现有技术、环境、荷载条件下对桥梁结构内力状态、病害损伤的发展规律和变化趋势进行科学合理的预测。
成本测算单元：用于结合含由损伤病害信息的BIM模型对各运维方案进行预估，得出维修频率、维修难度、材料所需数量，对运维成本进行精确量化，比选出经济性较优的运维方案。同时可以结合模型中存储的运维成本历史数据，对桥梁的全寿命成本进行预估与修正，形成科学的桥梁全寿命成本预测报告，指导桥梁管理人员即时调整运维方案。
能耗优化单元：用于利用BIM的可视化特性对设备运行情况进行模拟，在能耗优化模块中寻找到最佳的设备运行组织方案，减小设备运行能耗。
防灾分析单元：用于对桥梁可能受到的灾害影响进行模拟分析。
本发明另一目的在于提供一种搭载所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统的信息数据处理终端。
本发明实施例提供的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法包括：
步骤一，采集桥梁的状态信息进行采集，同时对肉眼、机械设备、电子传感器所捕捉到的桥梁的状态信息进行加工，运维信息数据格式化，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变。存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库。
步骤二，依据数据库中的设计施工资料、检测病害信息、健康监测数据、设备运行数据、材料机费用信息，从安全性、经济性、可持续性、防灾性能方面对桥梁的服役状态与运维方案进行评估并给出评估报告。
步骤三，依据现有桥梁全方面的综合评价及预测结果，根据现行养护费用标准的要求做出符合该桥梁状态等级的养护计划。
进一步，步骤一中，所述运维信息数据格式化包括：
将运维信息分为结构运维信息(内部)、结构运维信息(外部)、设备运维信息三类。
(1)结构运维信息(内部)包括：
1)包含主桁应力、主桁位移、主桁振动、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息、加固维修技术方案的主桁结构运维信息(内部)。
2)包含U肋应力、桥面板挠度、桥面板振动、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息、加固维修技术方案的正交异性钢桥面结构运维信息(内部)。
3)包含联结系应力、联结系位移、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息、加固维修技术方案的联结系结构运维信息(内部)。
4)包含腐蚀信息、裂纹信息、缺损信息、松动错位的螺栓、焊缝结构运维信息(内部)。
5)包含支座反力、支座位移、承台应力、承台位移、桩基应力、桩基位移的下部结构运维信息(内部)。
(2)结构运维信息(外部)：涉及不直接反映桥梁服役状态、健康水平的信息数据，包括：车辆/船只碰撞记录、日常的车流量数据、温度、湿度、风速、降雨量、降雪量。
(3)设备运维信息：包括消防系统、照明系统、交通指示系统、电气系统、监测系统、排水系统相关设备子系统服役信息。
本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端搭载实现所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法的处理器。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
传统的桥梁运维管理系统的信息收集主要开始于桥梁竣工移交之后，对于运维阶段开启之前的信息收集不及时、不全面。本发明在信息的创建上则具有显著的继承性，在积累桥梁在方案、设计、施工阶段的信息的基础上，以桥梁构件图元为基础管理对象，更有针对性的不断更新桥梁构件在病害损伤、退化诊断、养护维修等过程中的信息。所以相较于传统运维系统的信息创建过程，本发明运维信息创建过程更加的全面、完整。
传统的桥梁运维资料多以纸质资料为存储媒介，纸质资料相对电子信息资料体积更大，组织分类的难度也高，在信息传递的过程中需要的流程和时间也更多，信息在价值展示方面还是更多的依赖工程师个人的专业素养与理解能力。而本发明可以在电子信息技术和文档编码体系的帮助下，以可视化图元为基础对象，将运维信息与有关构件进行挂接，对运维资料进行电子化处理、分类、组织与存储，提升信息检索的效率。本发明可视化特征亦可以对运维信息进行可视化处理，帮助运维人员结合可视化图形快速读取信息。
传统的桥梁运维信息管理方式更加倾向于封闭式的管理模式，相关方的信息只是以一个个“信息孤岛”的形态存在着，彼此之间是相互割裂与隔离的，对各类维修信息无归总分析，信息在二维的系统操作界面中是分散在不同的存储模块中的。本发明可以以桥梁运维信息模型为平台，将设计单位、施工单位、供应商、养护单位的信息汇集到同一个三维平台中来，提升多方的交流效率。养护单位在开展养护工作时可以直接在模型中查看设计细节，并联系设计单位获得解释说明，而设计单位、施工单位亦可以依据模型养护历史数据，分析桥梁的在全寿命周期内的耐久性、可修性与可换性，指导今后新桥的建设工作，提升设计工作与施工组织的前瞻性。
本发明能够通过现代化信息技术设备的功能整合，帮助桥梁运维管理者高效的完成从信息收集、损伤评估的重复性工作，辅助管理者做出科学的运维决策，并协调养护计划的开展，对养护维修工作进行有针对性地效果评价。
同时本发明结合BIM技术自身的信息技术优势，可以实现与云技术的双向对接，对海量的运维数据进行“云存储”处理，降低运维系统对于硬件的要求，为决策终端的扁平化与轻量化提供可能。
本发明的运维信息包括结构运维信息(外部)主要涉及不直接反映桥梁服役状态、健康水平的信息数据，通过以上信息能够快速的了解陌生桥梁的服役现状并更快的适应桥梁的运维管理工作，避免由于人员更替所带来的管理脱节与滞后。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统结构示意图；
图中：1、桥梁运维数据采集模块。2、桥梁运维数据库。3、桥梁服役状态评估模块。4、桥梁决策养护模块。5、安全评估单元。6、成本测算单元。7、能耗优化单元。8、防灾分析单元。
图2是本发明实施例提供的桥梁运维管理系统流程示意图。
图3是本发明实施例提供的运维信息第一次重构示意图。
图4是本发明实施例提供的运维信息第二次重构示意图。
图5是本发明实施例提供的评估模块划分示意图。
图6是本发明实施例提供的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法流程图。
图7是本发明实施例提供的ID的获取示意图。
图8是本发明实施例提供的图元的搜索示意图。
图9是本发明实施例提供的桥梁整体损伤状态模拟示意图。
图10是本发明实施例提供的病害详图；
图中：(a)病害详图A；(b)病害详图B；(c)病害详图C；(d)病害详图D。
图11是本发明实施例提供的模型裂纹示意图。
图12是本发明实施例提供的时间参数标识示意图。
图13是本发明实施例提供的4D病害信息模型演示示意图；
图中：(a)2019001批次病害；(b)2019002批次病害；(c)2019003批次病害。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
传统的桥梁运维监测活动海量的设备清单、病害数据、状态日志并没有实现高效的集成联动，信息在收集、存储、分析的过程中工作量巨大，出现问题的可能性很大，信息碎片化导致无法对桥梁健康发展趋势进行科学精准的预测。传统的运维管理系统无法实现桥梁健康状态与病害信息的可视化，不能在三维视图中显示问题发生部位，难以对问题部位加强监测，不易确定重点监测对象，同时不可直观的识别病害的动态发展历程。传统的运维管理系统更注重的是对运维阶段信息的采集、存储与分析评价，设计和施工阶段的工程信息与运维阶段是相割裂的，无法实现桥梁工程全生命周期信息的信息复用与全面分析。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统及处理方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统包括：
桥梁运维数据采集模块1：用于对桥梁的状态信息进行采集，同时对肉眼、机械设备、电子传感器所捕捉到的桥梁的状态信息进行加工，使运维信息数据格式化，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变。
桥梁运维数据库2：用于存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库。所述桥梁状态信息包括与结构安全相关的关键信息，如结构状态信息、结构损损伤信息、关键结构响应信息。也包括与结构安全相关性较小的信息如设备运行能耗统计信息、服役环境历史温度湿度信息。
桥梁服役状态评估模块3：包括由安全评估单元5、成本测算单元6、能耗优化单元7、防灾分析单元8。用于依据数据库中的设计施工资料、检测病害信息、健康监测数据、设备运行数据、材料机费用信息，从安全性、经济性、可持续性、防灾性能方面对桥梁的服役状态与运维方案进行评估并给出评估报告。
桥梁决策养护模块4：用于依据现有桥梁全方面的综合评价及预测结果，根据现行养护费用标准的要求做出符合该桥梁状态等级的养护计划。
图2是本发明实施例提供的桥梁运维管理系统流程示意图。
图3是本发明实施例提供的运维信息第一次重构示意图。
如图4所示，本发明实施例提供的桥梁运维数据库2具体包括：
桥梁运维数据库还包括：以BIM运维信息模型为基础，存储经由二次重构的桥梁状态信息，将桥梁状态信息进行可视化处理，通过图形化的方法将各种异构数据信息集成到运维信息模型中，实现运维信息的集成管理。
如图5所示，本发明实施例提供的桥梁服役状态评估模块具体包括：
桥梁服役状态评估模块3包括安全评估单元5、成本测算单元6、能耗优化单元7、防灾分析单元8。
安全评估单元5：用于基于二次重构的桥梁运维信息，快速确定病害位置、形态与尺寸信息，即时发现桥梁结构的异常内力状态，并基于历史记录资料和监测设备实时传回的结构内力状态信息对桥梁的服役状态作出评估。并在现有技术、环境、荷载条件下对桥梁结构内力状态、病害损伤的发展规律和变化趋势进行科学合理的预测。
成本测算单元6：用于结合含由损伤病害信息的BIM模型对各运维方案进行预估，得出维修频率、维修难度、材料所需数量，对运维成本进行精确量化，比选出经济性较优的运维方案。同时可以结合模型中存储的运维成本历史数据，对桥梁的全寿命成本进行预估与修正，形成科学的桥梁全寿命成本预测报告，指导桥梁管理人员即时调整运维方案。
能耗优化单元7：用于利用BIM的可视化特性对设备运行情况进行模拟，在能耗优化模块中寻找到最佳的设备运行组织方案，减小设备运行能耗。
防灾分析单元8：用于对桥梁可能受到的灾害影响进行模拟分析。
如图6所示，本发明实施例提供的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法包括：
S601，采集桥梁的状态信息进行采集，同时对肉眼、机械设备、电子传感器所捕捉到的桥梁的状态信息进行加工，运维信息数据格式化，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变。存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库。
S602，依据数据库中的设计施工资料、检测病害信息、健康监测数据、设备运行数据、材料机费用信息，从安全性、经济性、可持续性、防灾性能方面对桥梁的服役状态与运维方案进行评估并给出评估报告。
S603，依据现有桥梁全方面的综合评价及预测结果，根据现行养护费用标准的要求做出符合该桥梁状态等级的养护计划。
步骤S601中，本发明实施例提供的运维信息数据格式化包括：
将运维信息分为结构运维信息(内部)、结构运维信息(外部)、设备运维信息三类。
(1)结构运维信息(内部)包括：
1)包含主桁应力、主桁位移、主桁振动、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息、加固维修技术方案的主桁结构运维信息(内部)。
2)包含U肋应力、桥面板挠度、桥面板振动、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息、加固维修技术方案的正交异性钢桥面结构运维信息(内部)。
3)包含联结系应力、联结系位移、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息、加固维修技术方案的联结系结构运维信息(内部)。
4)包含腐蚀信息、裂纹信息、缺损信息、松动错位的螺栓、焊缝结构运维信息(内部)。
5)包含支座反力、支座位移、承台应力、承台位移、桩基应力、桩基位移的下部结构运维信息(内部)。
(2)结构运维信息(外部)：涉及不直接反映桥梁服役状态、健康水平的信息数据，包括：车辆/船只碰撞记录、日常的车流量数据、温度、湿度、风速、降雨量、降雪量。
(3)设备运维信息：包括消防系统、照明系统、交通指示系统、电气系统、监测系统、排水系统相关设备子系统服役信息。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案与技术效果做进一步说明。
实施例1
本发明基于BIM的病害信息管理与应用包括以下内容：
1、病害信息的快速定位与查询。
在实际桥梁的运维过程中，病害信息以及维修数据量是以千万为单位计算的。在混凝土结构中构件多以大体积构件的形式存在，构件数量少，构件平面多是连续平整的，而在钢结构桥梁中，尤其是钢桁梁桥中，杆件数量大、多隐蔽部位、螺栓加劲板等构造细节多，那么如何快速的在海量的病害信息中查找到所需要的信息，对于提升钢结构桥梁的运维效率非常重要了。
在Revit环境中创建的每一个图元都有一个专属于自己的图元标识符，称之为Element ID。Element ID是一个整数，并且模型中的Element ID总数会随着模型的成长更新而不断地往上增长。新创建的图元，其ID一定比大于之前创建的图元。图元在创建时即被赋予ID，并在全生命周期中保持稳定，这也就意味着桥梁运维信息模型中创建的各种病害族、维修族在创建之初系统就会为其赋予一个独一无二ID，并伴随模型终身直至模型被销毁，这也就为在桥梁的全生命周期中对病害进行追踪以及快速查询提供了可能。
以病害标记体为病害管理系统的系统入口，Element ID标记为病害ID，那么就可以实现病害的全桥位置定位与病害历史的追踪。通过下图可以发现，当桥梁管理者点选横梁腹板开孔处的裂纹病害图元时，可以通过“选择项的ID”命令获知该图元的ID是1308548。图元完成病害信息的添加后，如果桥梁管理者需要快速查找到该裂纹图元，就可以根据病害ID号来对病害图元进行搜索定位，并获取它的病害描述、维修记录等信息，如下图7-图8所示。
1)获取裂纹病害的ID，如图7所示。
2)根据裂纹病害ID实现定位查询，如图8所示。
2、桥梁整体损伤状态模拟。
桥梁养护是保证桥梁结构安全的重要活动，而桥梁病害的分布情况是评定桥梁技术状况的重要依据。在日常的桥梁健康状况评估工作中，病害的空间分布对于了解桥梁服役状况、寻找病害成因、制订维修方案是非常重要的。桥梁病害多为局部现象，以往位置信息的记录采用文本描述或者二维图纸标记的方式。对于病害的空间分布，工程人员通常根据病害记录中所载的位置信息，利用大脑想象构建病害的空间分布图。对于结构较复杂、病害较多的情况，工程人员以二维图纸为辅助，逐条查看病害记录后，将其标记在结构图纸上，再想象其三维空间分布情况。这样的病害信息利用方式效率很低，特别是对钢结构桥梁这种杆件数量多、病害数量种类多、隐蔽部位多的“三多”桥梁，对病害信息的管理更是急需一种高效的管理方法。
基于BIM技术的桥梁运维系统就可以很好的实现对钢结构桥梁进行病害信息的有效集成管理，本发明对桥梁病害的严重程度做标识上的规定，如下表1所示，并借助于BIM运维信息模型优秀的可视化能力可以对桥梁整体的损伤状态进行展示，实现对结构评定结果的可视化表达，如下图9所示。帮助桥梁管理者对桥梁病害的空间分布情况有一个宏观的认识。基于病害空间分布问题的解决，桥梁管理者在制定巡检养护计划时，可以明确巡检的优先顺序与重点检查部位，巡检人员无需再翻阅纸质资料，透过运维信息模型即可了解本桥的历史病害信息。在运维人员发生更替时，即便时新人也可以迅速抓住本桥的检测重点，规避由于人员交替产生的工作秩序混乱。
表1病害严重程度标识表
本发明结合模型中的病害分布情况展示中，包括以下内容：
1)病害原因分析。
在传统的病害记录模式中，病害信息都是逐条以文字图片的形式加以记录的，损伤构件与周围构件的关系不够明确，使桥梁管理者对构件病害产生的原因认识不够清晰，难以联动分析。在基于BIM的桥梁病害信息管理模式中，构件之间的空间位置非常明确，结合以图形化方式展示出来的病害信息，桥梁管理者可以对构件之间病害的联动有很明确的认识，对图10a进行分析即可发现，跨中整体节点与腹杆的病害极有可能是由于栓接板的严重病害而连带产生的，因此需要即时对该栓接板进行加固替换。
2)隐蔽部位病害查询。
由于桥梁结构形式的特殊性，特别时钢结构桥梁在运行的过程中会存在许多隐蔽部位，如主桁顶部的栓接板、正交异性桥面板的U肋、栓接板等。这些部位的巡检养护工作往往难以展开，病害损伤也不易发现，已被发现的病害在下次巡检的过程中再次寻找又会产生重复工作量。结合BIM技术就可以很好的对隐蔽部位的病害信息进行查询，例如在BIM模型中的正交异性钢桥面板，将桥面板进行图元隐藏既可以清晰的发现其下U肋的病害情况，而不受到任何遮挡的影响，如下图10b所示。
3)病害趋势预测。
通过对病害严重程度的划定，并以色彩元素对其进行由红、黄到绿色的次序标识，如下图10c所示，桥梁管理者可以其为辅助，结合病害具体的文字信息，对桥梁病害的发展进行预测，并做出科学的预测性的养护维修计划。
4)异常病害确诊在桥梁的运维养护过程中，难免会出现以下病害信息的误诊误判，错误诊断信息的长期存在，势必造成资源的浪费与运维工作量的增加。如下图10d所示，桥面架处有一栓接板出现一级状态，而周围构件并未出现任何状态的预警，预警状态出现跳跃，就可以推测该处病害预警可能是一次误判，那么在下次巡检的过程中就可以对该处病害进行重点关注，对其进行确诊。
3、4D病害信息模型。
传统的桥梁养护过程，病害信息等数据都是以二维或者三维数据的形式记录，实现记录和展示的病害信息主要是病害的类型、尺寸、位置等信息，桥梁管理者在进行病害信息处理时，难以直观了解到病害与病害在时间上的发生顺序和内在联系。这时，如果可以引入时间参数，形成可视化的病害时间序列，那么桥梁管理者就可以依据病害形态、尺寸、位置随时间的变化，分析病害的衍生规律和预防措施。
基于Dynamo可视化编程技术，本发明通过在桥梁运维信息中引入“巡检批次”作为时间参数的标识，实现了按时间序列排布病害信息的渐变展示，形成了钢桁梁桥的4D病害信息模型，实现了病害信息与三维图形的动态关联。以横梁腹板ID号分别为1302688、1308548、1308550、1341897、1341898、1341901、1362392的七条裂纹病害为例，说明具体的实现方法，如下图11所示。
1)在钢桁梁桥运维信息模型病害信息中添加“巡检批次”属性，将其作为时间参数标识，形成病害信息在文本存储过程中的时间序列，如下图12所示，2019代表巡检年度，001代表当年的第一批次巡检记录。
2)用Element.GetParameterValueByName节点获取所有常规模型的“巡检批次”信息列表。
3)用逻辑判断节点“＝＝”判断出“巡检批次”信息为“2019001”的列项，并输出它们的布尔值列表。
4)利用第3)步输出的布尔值列表在所有图元中进行筛选，通过List.FilterByBoolMask节点筛选出布尔值为“True”的图元。
5)通过Element.Override.ColorView节点和Color.ByARGB节点对筛选出的“巡检批次”为“2019001”的图元进行着色标记，Color.ByARGB节点通过alpha、red、green、blue等四个参数控制图元颜色，参数值变化范围为0到255，本发明中将筛选出的图元标记为红色，并将此模块组合为一标准化模块。
6)复制标准模块，修改“巡检批次”判断信息即可复制生成“2019002”、“2019003”批次巡检记录的筛选程序，利用Code Block模块对各个标准模块进行串联，并统一控制，当需要显示批次信息时即将Color.ByARGB节点中的参数“r”改为255，若不加以显示则将参数设置为0，如下图5-图13所示。
7)依次修改三个批次在控制模块中的参数值(由“0”到“255”)，即可以知晓三处裂纹的衍生顺序，如图13。
8)4D病害信息模型展示代码是模块化的，随着桥梁服役时间的增长，巡检记录的增加，可以通过复制代码块的的方式实现对新增批次4D信息的更新与关联，即便是没有编程经验的桥梁运维管理者，也可以轻松的掌握这种实现方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统，其特征在于，所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统包括：
桥梁运维数据采集模块，用于对桥梁的状态信息进行采集，同时对捕捉到的桥梁的状态信息进行运维信息数据格式化处理，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变；
桥梁运维数据库，用于存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库；
桥梁服役状态评估模块，用于依据数据库中的设计施工资料、检测病害信息、健康监测数据、设备运行数据和材料机费用信息，对桥梁的服役状态与运维方案进行分析；
桥梁决策养护模块，用于依据桥梁全方面的综合评价及预测结果，获得桥梁状态等级养护计划的信息；
所述桥梁服役状态评估模块具体包括：
桥梁服役状态评估模块包括安全评估单元、成本测算单元、能耗优化单元和防灾分析单元；
安全评估单元，用于基于二次重构的桥梁运维信息，确定病害位置、形态与尺寸信息，采集到桥梁结构的异常内力状态，并基于历史记录资料和监测设备实时传回的结构内力状态信息对桥梁的服役状态作出评估和预测；
成本测算单元，用于结合含由损伤病害信息的BIM模型对各运维方案进行预估，得出维修频率、维修难度和材料所需数量，对运维成本进行量化，同时结合模型中存储的运维成本历史数据，对桥梁的全寿命成本进行预估与修正；
能耗优化单元，用于利用BIM对设备运行情况进行模拟，在能耗优化模块中寻找到最佳的设备运行组织方案；
防灾分析单元，用于对桥梁受到的灾害影响进行模拟分析。
2.如权利要求1所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统，其特征在于，所述桥梁运维数据库具体包括：
桥梁运维数据库还包括：以BIM运维信息模型为基础，存储经由二次重构的桥梁状态信息，将桥梁状态信息进行可视化处理，通过图形化的方法将各种异构数据信息集成到运维信息模型中，实现运维信息的集成管理。
3.一种搭载权利要求1～2任意一项所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统的信息数据处理终端。
4.一种应用如权利要求1所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维系统的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法，其特征在于，所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法包括：
步骤一，采集桥梁的状态信息进行采集，同时对肉眼、机械设备和电子传感器所捕捉到的桥梁的状态信息进行加工，运维信息数据格式化，完成运维信息的第一次重构，实现从三维向二维的转变；存储桥梁状态信息并建立结构健康状态核心指纹库；
步骤二，依据数据库中的设计施工资料、检测病害信息、健康监测数据、设备运行数据、材料机费用信息，从安全性、经济性、可持续性和防灾性能方面对桥梁的服役状态与运维方案进行评估并给出评估报告；
步骤三，依据桥梁全方面的综合评价及预测结果，根据现行养护费用标准的要求获取符合该桥梁状态等级的养护计划信息。
5.如权利要求4所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法，其特征在于，步骤一中，所述运维信息数据格式化包括：
(1)结构运维信息：
1)包含主桁应力、主桁位移、主桁振动、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息和加固维修技术方案的主桁结构运维信息；
2)包含U肋应力、桥面板挠度、桥面板振动、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息和加固维修技术方案的正交异性钢桥面结构运维信息；
3)包含联结系应力、联结系位移、腐蚀信息、裂纹信息、板件变形失稳信息和加固维修技术方案的联结系结构运维信息；
4)包含腐蚀信息、裂纹信息、缺损信息、松动错位的螺栓和焊缝结构运维信息；
5)包含支座反力、支座位移、承台应力、承台位移、桩基应力和桩基位移的下部结构运维信息；
(2)结构运维信息：涉及不直接反映桥梁服役状态、健康水平的信息数据，包括：车辆/船只碰撞记录、日常的车流量数据、温度、湿度、风速、降雨量和降雪量；
(3)设备运维信息：包括消防系统、照明系统、交通指示系统、电气系统、监测系统和排水系统相关设备子系统服役信息。
6.一种终端，其特征在于，所述终端搭载实现权利要求4～5任意一项所述基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法的处理器。
7.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求4～5任意一项所述的基于BIM的钢结构桥梁信息化运维处理方法。
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