道路桥梁检测数据结合BIM 技术的应用研究

周 宾

（上海市政工程检测中心有限公司，上海市 200092）

0 引 言

随着BIM 技术的不断推广，越来越多包括道路、桥梁及管网的市政基础设施项目实现或部分实现了信息模型创建，2016 年上海发布了道路桥梁相关的BIM 应用标准，至此一个市政基础设施的信息化革命拉开了序幕。利用BIM 模型信息处理和分析方面的优势，将检测数据导入到模型中，对于道路桥梁的各阶段管理都有着很大的应用空间。本文通过对市政道路桥梁设施检测数据的归纳分析，结合BIM 技术的特点，对应用方法和应用场景进行研究和探索。

1 检测数据结合BI M技术的概述

在建设领域BIM 技术的核心目标是利用信息化模型，来实现对各类道路桥梁设施全生命周期的数字化管理，从道路桥梁设施的规划、各阶段的方案设计、精细化的施工管理，再到交付使用后的运行维护，最后重新进入再规划的循环过程中，利用BIM技术的信息化、协同化的优势，来逐步实现城市道路桥梁智慧、高效和精准的管理目标。

众所周知，BIM 技术相较于传统技术增加了信息模型的概念，简单的来讲最大的区别就是它能够在有效解构设施整体的前提下承载更多的信息，并最大程度的体现了数据的可视性和协同性。基于BIM平台加载所有的项目信息，使用数据变得十分方便和可靠，数据的充分利用既降低了各方的沟通难度，也减少了人力物力的重复投入。对于道路桥梁检测数据而言，大部分数据都是非几何数据，一直以来作为材料、半成品或成品的性能量化指标，在工程各个环节都起着重要的作用，但在传统CAD 平面图中的应用很少，主要还是以示意性的方式反映一些数据的情况，无法发挥好数据本身的使用价值。

将实际检测数据作为构件模型的输入信息，根据不同结构、不同阶段和一定的单元划分，有选择的将不同类型的检测数据导入到各个单元模型内，检测数据可以是阶段成果也可以是在线实时数据，并通过利用Dynamo 或Excel 宏来编写脚本程序以完成数据的自动导入来实现自动更新或批量导入的功能。模型内数据可以采用软件设置的方式达到互相协同使用的目的，也可利用函数进行关联计算来获得综合评价数据，更能够通过颜色形状等直观的方式来协助技术分析的工作，总之利用BIM 模型内的检测数据，通过分析、计算和模型各种功能特点来满足不同需求的手段有很多，通过这些手段将基础设施的技术状态进行多维度表达和应用是检测数据结合BIM 技术理想的应用目标。

2 检测数据内容及其不足

2.1 检测数据内容

随着建设管理工作向着精细化和全面化的不断发展，检测数据与市政基础设施的关系也显得越发紧密和重要，无论在规划、设计、建设或是使用等阶段，无一例外的都需要各类检测数据的支撑，以作为后续工作进程的重要依据之一。检测数据的作用主要是为方案提供依据、为质量提供保障、为运维提供参考3 个方面：（1）方案方面，规划设计初期，现状客观情况是设计方案确定和调整的最基本信息之一。在新建项目中利用各种检测方法，采集基础数据后用于指标的量化；而在改造项目中，由于设施的几何形态和地理位置已经固化，因此检测数据则变得十分重要，几乎是完全由检测数据来反映标的物的技术状态，直接影响着设计方案和投入成本。（2）质量方面，在建设期间质量的评价除了外观及几何内容以外，最为重要的质量评价指标之一就是检测数据，所有工艺工序都以检测数据作为一个量化的标准进行评定。（3）运维方面，道路桥梁作为重要的公共设施，维护保养工作是安全运行的重要保障，检测数据既作为选择维保措施的重要依据，同时在一定程度上反应了相关维保工作的水平和难度。所以无论道路桥梁等基础设施在哪个阶段，检测数据是最为重要的数据之一，如何利用好这些数据，让其最大程度的发挥积极作用显得尤为重要。

2.2 数据应用的不足

对于道路桥梁等交通基础设施，检测数据的采集无处不在，从广义的技术角度来看待检测工作，无论是勘察、测量还是试验工作，其实都是通过某个规定的方法来采集所需的数据，因此检测工作无处不在，检测数据亦可以被视为一种连接各项工作的“粘结剂”，为道路桥梁的整个“生命周期”服务。虽然检测数据应用广泛，但在实际情况中由于各个阶段检测数据使用都是相对独立的存在，因此数据应用方面还有很多可以改进的地方。主要提出以下几个方面：（1）数据重复采集，有很多的实体检测数据，其实在首次检测后，不会或基本不会因投入使用而发生变化，往往由于数据的缺失需要重复采集，如：钢筋保护层厚度、各类结构层厚度等，会造成一定程度的浪费。（2）历史数据缺失，由于没有对检测数据进行系统的管理，很多基础数据无法获取和查询，不利于对设施进行纵向的分析比较，同时也导致了检测数据利用率低下的情况，一般只使用一次。（3）标准存在差异，同一实体在不同阶段的检测工作往往是由不同单位主体实施的，而在没有历史数据或信息作为参考的情况下，会不同程度的产生使用标准的差异，如：国标、部标还是地标的使用，不同方法的使用都会给数据带来误差，而这些误差还很难被发现。（4）忽视环境影响，检测过程的环境情况信息，会对检测数据产生一定的影响，但由于各阶段数据之间的割裂，环境因素很难得到重视，而在一些结构物检测中，特别是桥梁检测，其影响是十分明显的，如：气温、光照、湿度或天气等。（5）数据不直观，检测结果往往反馈合格或不合格的结果，导致了对数据的内涵分析缺乏重视，表现形式也十分单一，多以文字或表格的方式来体现。（6）数据融合不足，宏观的看勘察、测量、试验都会产生检测数据，而由于行业的不同细分，这些检测数据往往仅在各自的范围内使用，很难出现在同一个平台内，很大程度的阻碍了不同数据间的相关性分析。

综上所述，各类各阶段检测数据缺少一个共享的平台，数据的纵向和横向比较难以实施，各环节的使用也很不方便，数据变成了“一次性的消耗品”，不但增加了成本，也不利于“大数据”的积累；缺少一个分析的平台，数据得到的结果比较僵化，分析内容较少，无法充分了解各类数据的真正内涵；缺少一个展示的平台，检测数据表现形式单一，几乎没有较好的可视化展示。而BIM 技术，突破了数据和图像、数据和数据之间的屏障，两者的互动，能很好满足检测数据共享协同、计算分析和模型展示的需求，弥补了检测数据应用方面的不足。

3 检测数据与B I M技术的结合应用

3.1 数据载体

BIM 信息模型主要包含几何数据和非几何数据2 类，几何数据是模型内部几何形态和外部空间位置数据的集合，可以简单的理解为形状和位置的数据；非几何数据是除了几何数据以外的所有数据。按相关规范来讲，对于道路桥梁的非几何数据主要包含：材质信息、地质信息、物理参数、现状信息、周边信息、绿化信息、工艺信息和指标信息等。检测数据便是一种典型的非几何数据，可以作为BIM 信息模型数据内容的一个重要组成，数据的形式可按不同阶段对应不同等级的来导入使用，如：LOD100～500。检测数据的载体以Revit 软件为例，Revit 软件中最基本的构件模型是“族”，可通过对族属性参数的设置，将各检测数据进行输入，作为构件的基本参数，并可以根据使用目的来设计数据组成方式。对于已建模型，数据导入可利用EXCEL 宏匹配导入到各个分段或结构（或Dynamo 软件）来实现数据的批量添加，并形成能与模型联动的数据库资料，方便随时更改或补充。添加检测数据后的模型见图1、图2。

图1 结构模型的属性

图2 数据明细表

有些项目并没有在建设初期就应用BIM 技术进行了建模，如仅从检测数据的应用角度考虑，可以采取降低模型精度或不考虑几何信息的方式，根据需要创建简单粗略的BIM 模型，这些模型仅作为检测数据的载体，一样可以将BIM 模型与检测数据有效结合并使用。

3.2 数据选择

道路桥梁在生命周期内会产生大量的检测数据，哪些检测数据应该导入到模型内是数据应用的最基本问题。规划阶段，在新建项目中，以勘探数据为主，主要反映了设施的建设基础条件，可不作为模型数据。但在改建项目中，检测数据是反映标的物的技术状况的最直接依据，相关检测参数主要都是功能性参数，对改造效果和后续运维有着重要的参考价值，应纳入模型数据。设计阶段，将设计技术指标作为检测数据的初始要求进行导入，虽然在上海出台的地方规范《市政道路桥梁信息模型应用标准》中也有相关要求，但相关内容太少，并不能满足未来的数据应用需求，至少应与道路桥梁的养护技术规范中的指标相匹配，足以满足对既有设施的技术评价需求。实施阶段，检测数据主要反映了项目的质量情况，产生大量材料、半成品及成品的检测数据，该阶段应尽量将成品的所有质量检测数据作为模型数据进行导入，一方面可以用于后续的工程验收评价，另一方面这些数据是反映设施运行前的基本技术状态，是评价后续运行情况的重要依据。运维阶段，过程中的定期检测数据能及时反映设施的使用状态，应按期导入模型并及时分析，以用于后续运维决策。另外由于交通事故或自然灾害等突发事件，所采集的检测数据也应作为运维阶段的数据统一入录。

3.3 应用分析

BIM 模型中检测数据的应用操作主要可分为提取、检查、分析及更改4 个方面，通过这些操作手段，检测数据的应用主体单位可包含5 种，分别是：建设、设计、施工、运维和勘察检测单位。

建设方作为基础设施的主管单位，可通过提取检测数据的信息或分析结果，了解施工质量情况，也可通过数据更新及时检查管辖范围内各设施的技术状况，为管理各参与单位提供了一个新的有数据支撑的渠道。利用模型“吸收”数据的特点，可将重点桥梁或道路的技术状况变成一个动态累积数据的过程，逐渐形成技术状况的“履历”，为“大数据分析”做好原始积累。

设计单位作为检测数据最主要的使用方，除了使用前期规划的数据信息以外，还可以利用施工阶段的数据为设计方案的优化调整所用；利用运维阶段所累积的全部检测数据进行纵向分析，结合“病灶”，为维修项目找到“病因”，以提供更加精准的设计方案；利用平台数据多样性和直观性的特点，宏观的比较勘察、测量和检测等数据的情况，通过多维度考量来提高设计质量。

施工单位可充分利用好模型信息的可编辑、可运算特点，作为分部分项评定的重要信息来源，能减少大量统计汇总工作，同时也有利于各管理部门的核查，减少差错率和返工率。另外通过数据分析，还能为施工组织的优化提供质量相关的参考内容。

运维单位既作为数据的输入方，同时也是数据的提取方，可将交通情况、自然条件、突发状况、养护措施等数据结合检测数据，通过模型进行一项或多项的分析比较，发现更多不同数据间的关系，对道路桥梁的技术状况进行预判，从而为日常的养护找到重点实施对象，将养护工作从被动维修，变为主动预防。可以与重点桥梁的健康监测系统进行对接，通过数据的共享，将桥梁的技术状况数据以模型的方式来体现，直观动态的反应既有桥梁的健康状态。

勘察检测单位主要是检测数据的采集单位，在数据的采集前可利用历史数据作为方案蓝本，通过去除重复项目，降低次要项频率，增加薄弱项内容等方式来编制最优的检测方案，从而有效提高数据的实际使用价值。

总之，道路桥梁在整个生命周期内，各个参与单位都可以通过使用BIM 模型所承载的检测数据，来达到提高管理协调效率、降低相应成本投入的目的，并大大改善了检测数据在应用过程中的不足。

4 展望

在国内，BIM 技术在工程领域内的应用已推广了多年，相关的研究和应用案例已有一定累计，BIM技术一时间成为工程项目“全生命周期”管理的重要发展方向。特别是建筑工程领域的应用更是风生水起，相关BIM 技术的国家标准已陆续发布实施了2本，后续还将有计划的定期发布和更新。

相比较，道路桥梁工程在这方面的工作还处在初级阶段，主要以桥梁结构的BIM 建模作为突破点进行逐步推广，但多以研究为主，实际应用较少。其实早在2016 年上海出台了针对市政道路桥梁的BIM 应用标准，为道路桥梁的BIM 应用打下了良好的基础。因此在市政基础设施中，无论是市政道路桥梁还是城市管网，与BIM 技术都能有很多结合方式，并不一定要照搬建筑工程的模式。比如，相比较建筑工况条件，市政桥梁有更多不可预见的不利因素，养护维修是既有道路和桥梁的日常工作，这点与建筑完全不同，然而检测数据又与养护维修密切相关，基于这样的特点，恰恰反应了检测数据与BIM 技术结合的重要性。这样的差异特点在各类市政设施中还有很多，通过这样求同存异的思维方式，能更多更好的找到检测数据BIM 技术的应用方向。

5 结 语

虽然道路桥梁检测技术已日渐成熟，越来越多的数据已经实现了自动化采集，但这些数据的价值远没有被完全利用，不同程度的造成了数据资源的浪费，在今后的研究中，应该不断的去发掘检测数据的与BIM 技术的结合点，让检测数据在这个信息为王的时代里，发挥应有的价值。