BIM技术和RFID技术在桥梁建设和运营维护中的应用

BIM技术和RFID技术在桥梁建设和运营
维护中的应用
摘要：本文旨在对桥梁的建设和运维阶段进行监测，应用BIM和RFID技术针对桥梁安全施工运营展开相关研究。

利用RFID技术收集材料库存、施工进度设施、构件的位置和状态信息，上传至云服务器并接入BIM桥梁信息模型，实现信息的更新。

在桥梁运维阶段，提供实时健康监测数据，及时发现损伤并预警，保障桥梁运营安全。

相较于现有系统，在监测桥梁建设和运维阶段，实现智能安全管理，有效避免施工阶段的安全事故，提高施工现场效率，缩短工期并节约成本。

同时，系统能检测桥梁受损程度，评估使用寿命，进行合理安全分析，以避免因施工操作不当、桥梁结构老化、结构损伤而造成的意外事故。

关键词：BIM、RFID、桥梁安全施工运营
大学生创新创业项目编号：202213604004
第一作者：李疆霖，吉林建筑科技学院在读学生，本科专业智能建
造Email:*****************
第二作者：潘星宇，吉林建筑科技学院在读学生，本科专业智能建
造Email:***************
第一指导老师：温董瑶，硕士研究生，助教，教师，主要从事装配式建筑经济评价、岩土及地下工程方面的研究，Email：****************。

指导老师：高维娜，讲师Email:***************
一、背景
1.1行业发展现状
在我国成千上万座桥梁的建设和运维过程中，由于自然灾害、日常检查、施工和维护延误以及保护管理不到位等原因，都会对桥梁造成不可逆的伤害，桥梁的平均寿命会大大下降，因此导致频繁的安全事故。

市场上最为常见的桥梁检测装置和研究多为功能单一的产品，仅仅只是对桥梁的某一项进行检测，甚至有的无法进行实时跟踪监测。

部分拥有可实时收取桥梁构件信息的产品却没有结合信息分析与处理方式，使收取的信息无法更好地被利用。

因此当桥梁被检测出的数据出现问题时，会发生对数据分析不准确而导致发现的不及时甚至不被发现的情况。

1.无法实时监测：现有的桥梁检查很难及时发现问题，传统的桥梁运营维护主要依靠人工巡查和定期监测，并且效率低、管理不协调，无法实现实时、连续的监测，难以实时掌握桥梁的健康状况，存有安全隐患。

2.缺少可视化功能：收集的监控信息数量巨大并且复杂，所以也会产生很多不相关的干扰数据，导致无法获得足够准确的数据，而且监测数据分析的结果缺乏直观性。

因此，建立桥梁健康测试数据的可视化至关重要，以使测试结果更加直观清晰。

3.缺少安全预警功能：在桥梁的长期运营和使用中，随着桥梁使用寿命的增加，各种各样的问题会慢慢出现，可能出现更多的安全和质量问题。

提高桥梁整个结构或部分结构的质量和建设安全预警功能是我国目前桥梁健康监测系统的关键。

桥梁的运维在桥梁行业中起着至关重要的作用，但由于传统的桥梁运营维护的局限性，导致桥梁在维护过程中受到了很多限制。

为了使桥梁养护决策更加可靠，有必要开发新一代桥梁健康监测系统。

而本系统使用了BIM技术，基于这样的技术，我们又将RFID技术运用到了数据采集的阶段，让检测从这一阶段开始就更加精准高效，把整个检测过程结合成一个大的系统。

使得监测及时高效，让桥梁的安全得到保障。

1.2技术原理
本系统将BIM技术与RFID技术相互融合应用在桥梁安全施工运营中。

产品
利用RFID技术完成多种信息的收集，再利用BIM技术，将收集的信息导入模型，方便进行分析和管理。

本产品的技术应用实现了施工现场的智能安全管理，并可
以对桥梁的受损程度、使用寿命与未来使用进行检测与估计，从而进行合理的安
全分析。

通过本产品对桥梁进行实时监测，保证了桥梁的健康监测实时有效。

1.3 BIM技术与RFID技术的优势
本系统在技术上的优势，主要是采取了国内先进的科技技术，提高了桥梁建
设过程中管理的便利化、施工的有效化和整体的安全性智能化，从而降低了传统
建设时效率低、管理不协调、不安全施工等传统弊病。

由于项目是基于BIM和RFID技术在桥梁安全施工运营中的应用，所以用 BIM技术的3D技术，增加了桥
梁的3D立体模型，在规划和实施方面提供可视化、数字化的直接指导意见，便
于实际施工的对比和参照，对错误的即时调整、对管理的明确分工和协调运营。

可总结为以下三条：
1.可视化功能：在桥梁的健康监测系统设计中，BIM的可视化就是指系统利
用先进的技术将已经建好的桥梁,利用软件进行三维模拟绘制,将点、线、面等桥
梁的相关几何元素按照设计图纸进行立体化的展示,以达到对桥梁健康系统的可
视化的目的,同时在桥梁模型里体现出健康监测系统的测点位置及相关联的理论
数据情况。

2.对桥梁全周期信息数据的监控：BIM技术的运用是对桥梁的日常管理与运营进行全周期监控,例如对施工材料的使用监控、投入的成本与支出的管理、建设过程中的检测数据内容,以此来确保桥梁正常运营的安全与稳定性。

3.提升了工作时的协同能力：在桥梁的健康监测系统中运用BIM技术,能够提高桥梁工程质量的水平。

在前期的设计阶段时,合理运用桥梁的BIM模型,可以对施工之前出现的各类问题进行预判,若把这两种不同的技术相互结合互补在装配式建筑施工中,那么就可以实时控制现场人员的安全,有效保障人员和设备的安全。

同时建筑信息的实时反馈可以提升现场建筑规划的完成程度,提升建筑行业的发展进度。

4.建筑信息的实时反馈：RFID传感器标签的主要原理是将其集成到桥梁的各个部分中。

在智能部件数据的及时响应下,可以将桥梁的状态准确及时地反映到平台上,及时反馈给专业人员,并对即将到来的危险进行评估和处理。

二、系统设计与应用
2.1系统结构设计
系统结构为B/S结构，总体是由数据库层、基础环境层、技术支持层、业务逻辑层、显示层等总共五个层次和外接口组成，系统通过接口、将二者相互集成为数据，之后与BIM模型进行相互间的连接与监控，共同构成系统结构，进一步达到BIM数据库信息的共享与交互的目的。

该系统通过BIM进行建筑动态管理子系统中的建筑动态管理模块来实行对施工的进程、所用资源、消耗成本和现场的动态
管理，通过设计和施工碰撞检测模块来进行构件和现场设施的碰撞与检测，同时
也会对子系统的各模块运行过程中的数据进行记录收集并传输至BIM的相关数据库，而且通过Web服务器通过系统集成接口将项目管理数据传输至项目综合管理
子系统。

2.2功能设计
本系统由六大模块组成，分别是项目概况、系统概况、安全管理、技术管理、物料管理、劳务管理、成本管理、智慧监测等六大模块。

在项目概况中包括项目
列表、单位管理和数据监测。

在系统概况中包括人员管理、角色管理、日志管理
和意见反馈等几个子模块。

在安全管理中有安全管理协议、施工安全、人员安全、质量安全。

在技术管理中包括审计设计文件、施工技术调查、施工组织设计、技
术资料管理。

在物料管理方面包括物料运输和物料设计。

在劳务管理中包括文件
管理和合同管理。

在成本管理中包括预算编制、成本分析、供应商登记以及变更
索赔。

最后是智慧监测进行三维数据监测。

2.3系统的应用
2.3.1登录模块
登录模块是为了系统的安全而设计保护措施，只有本系统的用户，才能通过
登模块进入到本系统当中。

2.3.2系统界面
本模块为用户提工程概况信息。

其页面如图所示。

2.3.3系统主界面
本模块为主界面信息。

其页面如图所示。

三、系统架构：
基于BIM和RFID桥梁健康监测系统架构可以包括以下几个模块：
1、BIM建模模块：通过现场采集桥梁结构、材料、构件等数据，利用BIM建模软件将其转化为数字化的三维模型，建立桥梁建筑信息模型，可以更好地展示桥梁的模型，每个细节部分显示了每个传感器的监控位置，提供了直观的反映桥梁受损的位置和状况。

同时利用通过信息数据实现桥梁结构数据和监测数据的信息化管理。

2.数据基础模块：采集、存储和处理桥梁运维系统中生成的各种数据，建立桥梁数据管理系统，实现对桥梁数据的快速查询、分析和处理，将采集到的数据与其他相关部门进行信息共享，实现数据查询和共享等功能。

将采集到的数据进行可视化展示，可以更直观地获取桥梁的实时数据和历史数据，为后续的维护和管理工作提供基础数据支撑，帮助其制定合理的运维策略和管理决策。

3.健康监测模块：利用BIM建模数据和实时采集的传感器数据进行桥梁的健康监测，包括结构健康状况评估、结构损伤识别和损伤定位、荷载响应分析等。

通过传感器实时监测桥梁结构、荷载、环境等参数，并将采集到的数据传输到后端系统进行处理和分析，能够全面掌握各方面信息。

4.预测预警模块：通过对监测数据的分析和处理，预测桥梁的健康状况和潜在问题，并及时发出预警，以便于采取有效的维护措施、提高维护工作的效率和质量。

5.维护管理模块：通过对桥梁结构、材料、设备等数据进行分析，预测桥梁的运维需求和维护周期，根据健康监测模块和预测预警模块的结果，制定合理的桥梁的维护计划和方案，并对维护工作进行管理和监控，发现问题及时解决。

基于BIM和RFID的桥梁运维系统架构可以实现对桥梁的全生命周期管理，提高桥梁的运行效率和安全性，减少运维成本和风险，从而提高桥梁的可靠性，保证其长期运安全。

四、结束语
综上所述，由于我国传统的桥梁健康检测系统有数据处理能力差、无法及时预警等缺点，因此，需要积极将BIM技术与RFID技术这两项技术引进桥梁的检测系统中，充分利用其信息化、可视化、协同性等优势，进行设计并实现针对桥梁的健康监测系统，以此来推动我国桥梁检测系统的进步与完善，从而能够确保我国桥梁可以安全正常地运营下去，提升桥梁的使用寿命与年限。

参考文献
[1]程源浩. 基于BIM的桥梁健康监测系统设计与应用 .
[2]费洪刚.基于互联网+和BIM的桥梁实时健康监测系统研究与应用[J].施工技术.
[3]孙维东.基于BIM技术和RFID技术集成的施工智能安全管理研究[J]
1。