ESMapV结合BIM、GIS、三维建模、IOT实现数字孪生智慧桥梁、挠度监测、沉降监测、桥梁BIM三维可视化

前言

传统桥梁管养模式陈旧，仍存在数据分散难归口、管养时间人力成本高、病害危情信息异步等弊端现象，潜在安全隐患俨然成为桥梁防护的一颗不定时炸弹。随物联网、信息化、数字孪生技术成熟发展，以三维数字镜像桥梁为孪生底座，打造全息感知预警为先、及时干预处置为主，复盘总结为后的精准防治的路桥管养模式，打破管养低效低质断层管理困局。

平台概述

易景空间根据 [“十四五”交通领域科技创新规划 ] 等相关政策文件要求，结合桥梁管养业务痛点，研发了智慧桥梁管养平台，精准聚焦影响桥梁性能关键因素，以桥梁结构监测全要素为核心，桥梁“管-养-治”为链路，打造桥梁全生命周期运管养体系，动态掌握桥梁资产维保及巡检养护业务信息、结构运行服役状态、突发险情事故闭环经过，提升路桥管养单位数智化管养水平和应急救援处置能力！

平台结合BIM、GIS、三维建模、物联网(IoT)等新兴数字孪生技术，以数字孪生平台为底座，融合文本图像、空间信息、物联传感等多源数据构建三维空间信息化孪生桥梁，实现桥梁结构损伤演变预判、服役时长评估、管养巡查跟踪、安全防护监管等业务管理需求。

系统功能

 

l  结构健康监测

基于ESMapV数字孪生云平台强大的数据兼容配置能力完成静态数据绑定、动态数据请求、过滤、映射、配置，在三维场景中立体呈现桥梁关键结构性能变化数据，通过桥梁结构特征的长期常态化监测预警和分析评估，保障桥梁运营安全。

Ø  挠度监测

将静力水准仪、惯性相机等智能化设备自动化采集数据同步传输至平台进行三维场景融合呈现，通过桥梁横纵断面线形形变的定时定点监测，即时预警桥面异常形变状况，降低桥梁安全隐患。

图 1 桥梁水平位移数据动态监测

基于预设限值方法进行桥梁上下游挠度动态分析，支持融合转换挠度变化数据以热力云图形式实时呈现桥梁主要承力构件在不同荷载状况下的弯曲程度，直观表达在外力作用下桥梁形变特征，通过提前干预延长桥梁服役时长。

图 2 桥梁曲面挠度应力云图

Ø  沉降监测

基于三维场景编辑平台构建海底地质层，直观呈现岩层分布、厚度、材质等信息，通过常态化监测岩层深度厚度变化趋势，剖析海水冲刷、风力侵蚀等外力作用对于桥梁沉降变化的影响，提升桥梁稳定性和安全性。

图 3 海底地质层沉降监测

l  桥梁BIM可视化

基于桥梁几何物理信息刻画桥梁构件三维空间BIM模型，以桥梁镜像孪生体为载体，赋予模型整体、局部、细节参数信息，实现桥梁构件精准定位、工程勘察设计资料调取查看。

图 4 构件信息可视化

支持动画演示零件拆解组装过程，具象化图解说明桥梁复杂构件的结构、装配方式，揭示内部零件和外壳的拓扑关系。

图 5 构件爆炸图

l  资产无纸化管理

基于电子标签技术为传感器、机电设备、监控设备等固定资产办理“电子身份证”，以二维码/RFID标签为基础进行资产登记、查询、预警、跟踪，实现固定资产全生命周期信息化管理。

图 6 资产档案可视化

l  巡检养护动态监管

精准聚焦病害根源考量桥梁巡检养护的重点及方向，结合运营和检修数据记录综合分析，优化人力和资金投入比例，高效提升日常事务智管能力。

通过常态化监测养护耗资态势量化评估桥梁运营水平，科学控制桥梁管养资金流动和调度，赋能养护成本精细化管控。

图 7 巡检养护一张图

融合车辆GPS定位数据即时生成巡检可视化动线图，通过路径回显随时掌握桥梁巡检动态进程。通过车载视频流即时传输，同步调取转播实时监控画面，缩短事件预警处置时间差和信息差，构建快速高效同步响应机制。

图 8 人工巡检动态跟踪

按照预置巡查细项和巡检线路进行视频定点打卡，并将巡检巡查画面和数据实时回传到平台，通过线上巡查进行病害预排查，再行线下进行复勘核实，降低人工巡检成本的同时也提升了巡检精度、效率和安全性，实现无人值守智能巡检、巡检记录无纸化、病害损伤精准管治。

图 9 自动化巡检报告生成

方案技术亮点

l  GIS+BIM深度融合 覆盖宏观微观多尺度

基于GIS技术和三维建模技术构建桥梁周边实景环境，真实复刻地形地貌和城市布局，实现空间宏观信息表达；运用BIM技术进行参数化建模，基于桥梁结构件尺寸进行拼接组装，并赋予建筑结构参数及特征属性。依托ESMapV数字孪生云平台，将二者空间模型数据融合集成到统一的三维空间框架体系，呈现一个全方位、多尺度、广覆盖的镜像孪生桥梁管养平台。

l  多源异构数据海量汇聚 编织信息化组网

依托ESMapV数字孪生云平台接入结构化数据、半结构化数据和非结构化数据进行一站式整合，快速完成数据的采集、解析、过滤、存储，实现数据互通互联共享。通过深入分析桥梁结构特征、资产维保、巡检养护、桥梁运营等业务数据，挖掘桥梁病害预测和养护管治的内在价值规律，提升桥梁管养精细化程度和智能化水平。

l  场景数据交互驱动 打造数据表达新模式

以三维场景孪生可视化引擎为核心驱动，提供等海量场景交互方式，适配不同桥梁管养业务应用下的数据呈现及信息表达方式，通过动态、便捷的人机交互赋予数据立体感、新鲜感和沉浸感。

l  性能仿真推演助 风险前置安全守

建立桥梁健康监测过程动态仿真与智能预测方法，集成“仿真模型-桥梁数据-业务管理”进行桥梁运行感知诊断、仿真分析、超前预测、优化控制，掌握桥梁生命主动权。模拟不同气候条件或不同荷载情况下的桥梁结构性能和材质磨损情况，提前干预控制桥梁管养风险，通过整体评估桥梁的安全性和承载能力，从而分析预测桥梁未来服役时长，帮助管理者制定相适宜的养护措施和交通管制策略，提升桥梁使用寿命和安全性能，降低桥梁运维管理成本。

l  事前事中事后无缝衔接 业务全闭环管理

平台覆盖巡检计划编排、巡检任务工单分配、巡检跟踪记录、巡检报告归档、病害养护工单处置、资金预算及成本管控整套桥梁管养流程，形成“事前计划、事中跟踪、事后总结”业务全链条闭环。