摘要：桥梁养护是保证桥梁结构安全的重要活动,而桥梁病害情况是评定桥梁技术状况的重要依据。在本文中，基于BIM技术，提出了桥梁病害三维可视化方案，实现了对裂缝和其他局部病害、构件损伤程度等病害信息的三维可视化展示，希望可以给桥梁养护信息利用效率的提高带来一些帮助。
关键词：BIM技术；桥梁病害；三维可视化
桥梁养护对于桥梁结构安全与效益实现，具有积极的意义。病害的空间分布情况、随时间的发展情况，对于了解结构服役状况、分析病害成因、制定维修方案都非常重要。在桥梁养护过程中，需检查并记录桥梁的病害，而桥梁病害一般表现为局部现象，工程人员采用文本描述或者二维图纸标记的方式，来记录桥梁病害位置，然后根据病害记录中所载的病害信息，利用大脑思维构建病害的空间分布图。这种方式效率很低，而且也不够准确。BIM技术描述体系中，一般都含有构件的空间几何信息，其分析结果也以可视化形式表达。如果利用BIM技术构建三维数字模型，病害位置就能通过模型坐标系中的三维坐标来进行表达，且病害记录的存储进行标准化之后，还能很方便地通过计算机以三维可视化的方式来展示病害信息。“可视化”技术是一种利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术，包含科学可视化和信息可视化两个分支。在桥梁养护中，利用BIM技术的三维模型可视化优势，将病害标记在对应的位置，建立良好的桥梁全寿命周期内的信息采集、存储、共享机制，可为桥梁病害提供高效的信息管理方式，充分发挥桥梁信息的价值。
一、信息可视化与病害标记体
在信息可视化技术中，信息的表现形式是图形，比较常见的柱状图、饼状图、色彩云图、气泡图等，都是信息可视化的方法。当明确了桥梁病害记录的位置后，就可用图形的方式来展示病害记录中的一些病害参数，以实现病害信息的三维可视化。为了便于技术人员观察，在三维空间中，病害记录的标记体用三维图形来进行表达，病害标记体用不同的外观属性，包括形状、大小、朝向等属性，来表征不同信息间的差异。病害记录的属性和病害标记体的外观属性都是多维的，常用的属性包含形状、大小和颜色，常见的形状有球体、立方体、四面体、圆柱体、圆锥体。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆需要明确方向的病害，就可以用方向性明显的病害标记体来进行表示，例如圆柱形标记体的轴线走向来表征裂缝走向。数据库中的病害记录属性数通常要比三维图形的外观属性数量多，可通过数据筛选来降低病害信息待显示的属性维度。当确定了待区分的病害属性时，还要对病害记录属性与标记体属性的对应关系进行制定。对应的标记体外观属性可通过属性值的类型确定。原则上来说，病害记录属性值的特点宜与病害标记体外观属性值的特点一致，这样将能促进病害信息的可视化呈现。
二、桥梁病害信息三维可视化管理系统设计
要想实现桥梁病害信息可视化，需要利用计算机进行实现。一般来说有两种方案，第一种是利用BIM建模软件来进行二次开发，包含病害信息的病害标记体在建模软件中生成，然后附加到BIM三维模型中。第二种是只根据病害三维可视化的需求，开发能呈现BIM模型、加载病害标记体的可视化软件。由于这种方案需要用到三维编程，开发难度相对较大。本文选择第一种方案。桥梁病害信息三维可视化管理系统示意图，见图1所示。
图 １ 桥梁病害信息三维可视化管理系统示意图
（一）病害记录存储模块
桥梁病害记录存储模块汇总、存储各桥梁、各批次的病害记录，定义病害信息离散、存储方式在病害记录存储模块中进行，将病害信息以结构化数据表的方式存储为病害记录。每条病害信息都含病害记录ID、桥梁ID、检查批次ID、父病害记录ID、病害位置的三维坐标及自身属性参数。根据系统功能需要，还可以为病害记录添加其他属性。与存储模块中的结构化数据库相适应，对病害信息进行离散，然后以结构化数据表的方式存储为病害记录，最后以病害标记体的形式呈现。
（二）桥梁三维建模模块
桥梁三维建模模块主要是为系统各模块提供具有统一场景坐标系的桥梁三维模型。建立三维模型过程中构件拆分方式非常关键，因为构件是承载信息的基础，其拆分情况会直接影响信息组织方式以及信息利用效率。拆分后的构件作为信息描述的最小单元，其建造、损坏、维修、更换信息都将进行记录。BIM模型中的构件几何体绑定了数据库中的构件ID，并挂接数据库中所载的构件信息。
（三）病害信息采集模块
病害信息采集模块是以桥梁三维模型的病害信息录入终端为基础，进行病害信息采集。此模块一般以移动设备为载体，采用OpenGL等三维引擎，从而清楚地显示桥梁三维模型。病害记录可缓存至采集设备的本地存储数据库。信息采集用户首先通过用户权限管理模块验证后登录病害信息采集模块，选择待查桥梁、检查批次，得到不同批次记录的桥梁ID和检查批次ID。
（四）病害记录管理模块
该模块主要是对病害记录存储模块中的病害记录进行三维可视化的管理，主要硬件是PC机、平板电脑等设备，管理软件中采用对应的三维引擎、显示桥梁模型，在此基础上进行三维方式显示和维护病害信息。该模块包含病害信息三维展示模块和病害信息维护模块。对病害记录进行三维可视化管理时，可通过历史追踪来对全桥病害进行管理，展示病害标记体在三维模型上的位置，用病害标记体朝向、形状、大小和表面外观的变化等，来对整个桥梁的病害历史变化情况进行表示。
（五）用户权限管理模块
该模块主要是通过权限设置，来对使用系统的用户进行管理。用户在应用系统的时候，必须要凭借权限进行登录，然后分别在相应的权限内进行数据维护或利用等，这样可以有效确保系统信息数据安全。
以328国道雍庄至龙池段改扩建工程为例，该工程起于江北大道大厂葛塘平顶山路，终点连接六合区龙池互通。全长11.311Km，包括主线、辅路、雍庄互通及龙池互通的路基、路面、排水、防护、桥涵等。其中，高架桥共6座、主线桥梁1座和1座匝道桥，高架桥分别跨越乙烯路、方水路、龙中路、龙腾路、白果路。桥跨径组合分为(3×30)m、(4×30)m、 (35+50+35)m三种类型，桥面宽26m，桥面铺装为10cm沥青混凝土+防水层+6cmC50混凝土调平层。在桥梁养护中，利用本文设计的三维可视化桥梁病害信息采集系统，来对桥梁病害进行管理，顺利、准确地实现了信息三维可视化的采集、呈现于管理，极大地提高了桥梁病害管理的效率与质量。
三、结语
综上所述，在桥梁养护中，基于BIM技术技术开发了桥梁病害三维可视化软件,实现了病害图文信息、结构裂缝走向、一般局部病害属性、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。不仅为桥梁病害管理提供了良好的支持，也促进了病害信息利用效率提升，效果与效益非常显著。
参考文献：
[1]吴宇卿.关于BIM的桥梁养护管理应用探究[J].低碳世界,2017(26):224-225.
[2]李成涛,章世祥.基于BIM技术的桥梁病害信息三维可视化研究[J].公路,2017,62(01):76-80.
论文作者:顾建波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/20
标签：病害论文; 桥梁论文; 信息论文; 属性论文; 模块论文; 标记论文; 构件论文; 《防护工程》2018年第27期论文;