| 项目基本内容 |
本课题为江苏省交通科学研究计划项目《BIM 技术在桥梁养护中的应用研究》
（2015T15）。
随着计算机、信息技术的飞速发展，建筑信息模型（Building Information
modeling， BIM）技术近年来在工程建设领域日渐兴起，是工程建设领域中继 CAD
技术之后又一次革命性的技术。该技术为工程设施所涉及的设计、施工、运维、
拆除等各阶段的全寿命周期信息提供了高效的管理和利用工具。从国内外的应用
情况看，该技术目前在建筑领域应用较广，在桥梁领域应用较少；在桥梁领域中，
在设计、施工阶段应用较多，在养护阶段的应用较少。因而本课题针对 BIM 技
术在桥梁养护工作中的应用方式进行了研究。
桥梁养护的工作内容基本包括检查、评定、维修加固。其中桥梁病害检查是
养护工作的重点，而 BIM 技术在病害精细定位及三维可视化展示的应用几乎没
有。究其原因，目前桥梁养护领域（尤其是涉及桥梁病害的）信息模型尚未建立
起来，导致桥梁养护工作难以与现有的 BIM 技术体系进行衔接。鉴于桥梁养护
工作涉及桥梁设计、施工、养护各阶段繁杂、分散、缺乏有效组织的技术资料，
当桥梁工程师希望了解桥梁信息时，效率很低；特别对于养护工作，桥梁工程师
非常希望直观、便捷的得到桥梁病害分布情况，用以分析病害成因、制定养护策
略。
本研究重点研究了桥梁养护领域的信息模型架构、病害信息在 BIM 三维模
型条件下的采集和可视化方式。另外，本项目也讨论了由 BIM 技术拓展的桥梁
现场物联网标识布设、报告文档编制、加固维修设计等桥梁养护工作中的应用。
具体研究成果概述如下：
1）桥梁养护领域信息模型
针对目前桥梁养护信息缺乏有效组织、 BIM 技术在桥梁养护阶段应用较少的
情况，本章通过资料收集、信息分析、模型建立等研究了桥梁养护信息模型的构
成方式，讨论了针对桥梁养护工作的构件划分和三维建模细度问题，得到如下成
果：（1）以语义对象模型的形式建立了桥梁养护领域的信息模型，形成了养护信
息的组织框架，该信息模型包含桥梁整体、部件、构件、病害、维修措施等信息
对象及各对象之间的关系；（2）构件划分时考虑结构功能、空间界限、施工次序
和其他属性区别，并结合具体桥梁形式给出了构件划分示例；（3）确定构件的三维建模细度需满足位置准确、几何界限清晰和较高的曲线精确度；同时讨论了可
忽略之细节的信息承载方法。
2）桥梁养护中 BIM 技术与移动互联技术的结合方式
针对桥梁养护中存在大量现场工作的情况，本章研究了在 BIM 技术上，结
合移动互联技术进行信息采集的方法，得到如下成果：（1）建立了包含移动设备
在内的桥梁病害三维可视化采集管理系统的架构；（2）在 BIM 三维模型基础上，
采用三维坐标表达病害位置信息，提高位置描述的准确性，结合计算图形学，给
出了在三维模型中获取病害位置三维坐标的方法；（3）利用 WebGL 技术开发移
动端病害信息采集软件，在采集端软件与管理端软件使用由相同 BIM 模型进行
格式转换得到的三维模型，并保证坐标系相同；通过在移动设备三维模型中显示
往次检查结果的基础上，建立新发现病害与既有病害间的演化关系。（4） 根据现
场实物和信息对应的工作需求，讨论了在现场构件标识的布设方式，选取二维码
作为桥梁现场的电子标识，并给出了电子标识 5 种使用目标级别的布设密度。
3）病害信息三维可视化方法
针对二维表单式病害记录利用效率低的问题，本章讨论了病害信息三维可视
化方法，取得如下成果：（1）讨论了病害记录属性值以病害标记体展示时的维度
选择、属性匹配问题，提出了连续数值型、枚举型、方向型、布尔型属性的匹配
方案；（2）基于 WebGL 技术开发了桥梁病害三维可视化软件，实现了构件半透
明化、一般局部病害属性、结构裂缝走向、构件损伤程度、病害历史演化等展示
功能；同时实现了病害记录的三维可视化管理。
4） BIM 技术在养护领域的其他应用模式
讨论了由 BIM 技术拓展的报告文档编制、加固维修设计、全寿命期资料查
询等桥梁养护工作中的应用：（1）通过 BIM 数据库，可对桥梁养护数据进行查
询、分类、排序、统计等操作，可由软件调取所需数据直接生成报告，提高了报
告编制效率；（2）通过 BIM 三维模型，可将平面、抽象的维修、加固设计资料
以三维模型为基础直观的表现出来，并且可获取准确的工程数据；同时对加固施
工过程进行三维模拟，能有效避免施工中的“错、漏、碰、缺”等问题；（3）通
过 BIM 模型与时间因素结合，可展示桥梁在全生命期内的变化过程，模型中可
全面存储各时间段的精确数据，大幅提高桥梁管养资料的利用价值。本课题的研究成果可以直接应用于桥梁养护工作，提高桥梁养护工作的效率，
充分发挥桥梁养护信息的价值。
本课题主要创新点：
（1）建立了桥梁养护领域的信息模型，该信息模型包含桥梁整体、部件、
构件、病害、维修措施等信息对象及各对象之间的关系；
（2）将桥梁病害信息中的位置信息利用 BIM 三维模型坐标系中的三维坐标
表达，根据各病害自身属性信息区别采用不同外观的病害标记体，将病害标记体
的基点移动至病害对应的模型三维坐标处，实现病害信息的三维可视化；
（3）在采集端软件与管理端软件使用由相同 BIM 模型进行格式转换得到的
三维模型，并保证坐标系相同；通过在采集端软件视口中点击病害位置获取病害
的位置坐标。通过在移动设备三维模型中显示往次检查结果的基础上，建立新发
现病害与既有病害间的演化关系。
通过本项目的研究，将 BIM 技术融入到桥梁养护工作当中，桥梁养护信息
可以标准、高效的获取和利用，大量节省现场构件识别、记录二次录入、历史数
据查找等人工成本，对于普通桥梁预计工时费用可节省约 1500 元/桥/年，对于
大型桥梁节省费用更为显著。对全省普通桥梁保守估计，按 1 万座计，在全省推
广降低人工成本 1500 万~2000 万元/年。由于养护信息采用先进的组织结构，并
结合三维可视化手段，充分发挥桥梁信息的价值，为数据挖掘、知识发现提供技
术准备，在此基础上，制定预防性养护策略、确定维修方案、保障营运安全，延
长桥梁的使用年限，降低桥梁总体运营成本，可大幅削减交通领域的财政投资。
通过 BIM 这种先进的信息技术手段取得良好的养护效果，积极贯彻江苏省
《交通运输现代化建设的实施意见》中关于“智慧交通、绿色交通、平安交通、
民生交通”的目标，降低和减少由于桥梁损坏、大修带来的安全隐患、中断交通
等不良社会影响，为江苏省社会经济发展提供更好的交通环境。
从总体的应用效果看，通过引入 BIM 技术，大幅提高了桥梁养护工作的效
率。随着计算机技术的发展， BIM 技术普及程度的提高，本课题的研究成果将有
非常好的应用前景。
该课题2015年12月通过江苏省交通运输厅的验收，成果鉴定为国际先进水平。 |
