桥梁智能建造与运维技术

桥梁智能建造与运维技术

孟令涛

( 重庆交通大学， 重庆 40074)

摘要：回顾我国桥梁的发展，满足工程需要的技术创新不断推动着桥梁行业的发展，这反过来又对技术创新提出了更高更新的要求。工业化、信息化、智能化深度融合。“工业4.0”、“中国制造2025”等国内外战略明确了智能制造的发展目标，传统建筑业也将迎来深刻变革。

关键词：智能建造、BIM、设计软件

引  言

通过桥梁与隧道工程的进一步发展，我们再次了解了桥梁工程、隧道工程这些领域的一些常见问题、发展趋势、前沿动态等知识，其中有关于桥梁抗震设计理论发展新进展；工程索的索力测试以及安全性测试；我国城市地下空间的利用与施工技术的创新；滑坡灾害的地质过程及其力学分析；折纸结构及其工程应用；消能减震技术；高地温隧道热害机理及其防治方法；大跨空间结构研究进展等。

1  简介

1.1  工程索的索力测试

斜拉桥的索力测试在斜拉桥的施工和日常维护中起着重要的作用。

在进行索力试验时，不同的试验方法和不同的工程有很大的差异。这是因为不同的索力测试方法所需要的计算参数无法准确测量，而不同的项目有各自的特点和不同的环境因素。

1.2  桥梁长期性能及安全保障技术

桥梁的长期性能是桥梁技术研究的重点，桥梁预防性管理是未来的关键发展方向。

通过对国内外既有桥梁长期性能研究成果的分析，可以看出我国目前的研究存在的问题:

长期性能的研究主要集中在材料水平和单体构件在无应力状态下的水平，这与实际桥梁结构不同。

新一轮的技术革命和产业革命正在孕育，世界强国的桥梁为适应新的技术革命和迎接桥梁建设新的高潮做准备，为追赶世界强国的桥梁，中国应尽快规划桥梁科技发展战略，制定新的桥梁科技发展规划，提高桥梁中国科技创新能力和水平。

1.3  折纸结构及其工程应用

近十年来，随着折痕设计、机械建模和可展开制造技术的发展和进步，各种折纸/剪纸结构及其应用迅速涌现：可展开天线、钻杆和太阳翼，具有良好的折叠比和较小的质量体积比，应用于航空航天工业；人工血管支架和微夹持器在医学技术中的应用，实现了跨空间手术的目的；近年来，折纸/剪纸结构及其特点在一些新兴技术和设备结构上取得了新的突破。

1.4  消能减震技术

消能减震技术是将部分结构部件设计为消能部件，或在结构的部分部位设置消能装置。在风或携带阵的作用下，结构有足够的侧向强度来满足正常使用要求。防止主体结构出现明显的悲叹状态，结构在地震或风作用下的响应（位置、速度、加速度等）为了迅速缓解地震，达到抗震、减少地震的目的，在地震或风的作用下，主体结构和部件不得受损或倒塌。

2  详细论述智能建造--智能设计

2.1  智能设计的简介

2.1.1  智能设计概念

智能设计是指现代信息技术的应用。它利用计算机模拟人类的思维活动，提高计算机智能水平。因此，计算机可以执行更多更好的各种复杂任务。在设计过程中，它们已成为设计师重要的辅助工具。

2.1.2  智能设计分类

(1)原理方案智能设计

方案设计的结果将影响整个设计过程，对降低设计成本、提高设计质量、缩短设计周期具有重要作用。原则设计是寻求原始理解的过程，是产品创新的关键。根据这种设计方法，原理方案设计的核心是面向功能原理的求解。面向功能的通用设计目录能够全面描述功能划分的需求和原始理解，并隐含从物理效果到原始理解的映射。

(2)协同求解

ICAD应当有多种知识表示模型,各种推理决策机制和解决多个合作的专家系统的功能,同时需要将项目相关知识理论和方法的基础上形成一个合作模式系统解决方案,在元级系统的控制下，推理和调度协同工作，解决复杂的设计问题。

2.2  智能设计软件（BIM技术）概述

建筑信息模型（Building Information Modeling）简称BIM，目前，该技术在我国工程行业的应用越来越普遍，并得到了高度认可。建设工程项目的建设在发挥较强的指导作用，减轻工程项目负责人工作压力的同时，也有利于提高整体建设水平。

2.3  应用案例(平塘特大桥工程)

2.3.1  平塘特大桥工程概况

平塘特大桥位于K32～K35处，跨越槽渡河峡谷，桥梁孔跨布置为：13×40mT梁＋（249.5＋2×550＋249.5）m三塔双索面“工”字形钢梁与混凝土板叠合梁斜拉桥，塔墩采用钻石形空间塔，辅助墩为群桩承台薄壁墩结构，19号桥台为桩基础实心台。

2.3.2  BIM技术的应用点

理想的BIM设计应该是这样一种模式：所有学院的专业设计工作在同一种模式下，主要是创建协作模式，并根据其他专业的信息进行自己的专业设计优化模式。该模型实现了可视化设计、协同设计、性能分析等功能。根据设计方提供的BIM模型，业主延伸至施工、运营和维护方向，以实现建筑物全生命周期的BIM能力。在平塘大桥的设计中，根据该桥的特点，对设计方案、数字显示和显示进行了验证和优化。

2.3.3  基于BIM模型的设计图纸校审与复核

传统的二维图形在设计显示上不够直观，导致设计构件之间缺乏设计协调，设计构件之间发生碰撞等设计错误。为满足桥梁工程的需要，混凝土结构中将布置许多普通钢筋和预应力钢筋。这两种类型的钢筋分开布置，因此布局和其他问题很容易相互冲突。传统的二维绘图完成后，我们无法发现这样的问题。基于BIM的软件可以很容易地发现碰撞问题。

对于桥塔加固，通过碰撞检查发现一些碰撞问题，及时调整设计方案。近梁加固模型和碰撞检测结果如图1所示。

2.3.4  基于BIM技术的设计方案展示及数字化交付

在传统的项目管理中，技术交底以文字为主，施工经理以口头教学的形式迷惑工人，在沟通过程中容易产生误解。一旦工人理解错误，将存在巨大的潜在质量和安全风险，对工程非常不利。数字交付的BIM模型直观易懂。

2.3.5  BIM+VR的可视化方案展示

借助虚拟现实展示平台，在虚拟空间平塘中搭建的大型桥梁展示模型可以让人们置身其中，直观地感受到前方桥梁施工完成后的桥梁施工状态，有效地展示设计。

参考文献

[1]  卫军，张华，徐港, et al. 锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究 [J]. 铁道科学与工程学报, 2009, 6(4): 28-31.

[2]  梁岩，罗小勇，肖小琼, et al. 锈蚀钢筋混凝土粘结滑移性能试验研究 [J]. 工业建筑, 2012, 42(10): 95-100.