我国数以万计的桥梁在建造和使用过程中，由于自然灾害、恶劣天气、日常巡检不及时、施工和维护管理不足等原因，使桥梁的平均寿命达不到设计寿命，从而导致安全事故频发，现有的桥梁检测不能及时发现问题^[1]。主动预防式桥梁健康监测^[2,3,4]理念目前已成为国内外学术界、工程界研究的热点。桥梁结构的健康监测作为保障桥梁正常施工和运营的重要技术手段，已在国内外众多桥梁工程中应用，主要有手动监测和自动监测2种方式，均存在监测频率低、监测结果滞后、不能直观反应损伤位置和状况、监测数据无法科学合理利用、无法实现信息共享与传递、对桥梁实时健康状态的评价缺乏有效的指标等问题。

本文对传统桥梁监测存在的问题进行充分调研后，结合BIM^[5]技术，利用三维模型和集成的工程信息，开发基于互联网+和BIM的桥梁实时健康监测系统，通过云平台，以桥梁三维信息模型为载体，对桥梁健康状态进行实时监测与预警，实现桥梁监测数据和工程数据的科学化管理，自动、实时监测桥梁结构健康状态，直观展示损伤位置和状况，对桥梁的健康状况进行评估与预警，为多方用户的协调管理提供统一平台，为桥梁维修、养护与管理决策提供依据和指导。

桥梁健康通过实时监测与无损检测桥梁结构诊断结构损伤位置和程度，对桥梁的承载能力、服役情况、可靠性、耐久性进行智能评估，为桥梁在特殊气候、交通条件或运营状况严重异常时触发预警信号，为桥梁维修、养护与管理决策提供依据和指导^[6]。桥梁监测从1.0时代发展到4.0时代，从本地发展到云端，1.0时代的桥梁监测主要用于科研，监测系统主要为单机系统;2.0时代逐步走向应用，实现方式是总线+局域网模式，采用C/S架构在局域网范围内应用;3.0时代逐步走向推广，桥梁监测实现方式是工业以太网+互联网模式，以B/S架构在互联网范围内应用;4.0时代迈向云端，实现方式主要是无线+云端+大数据，应用范围更广泛。

近年来桥梁健康监测已应用到国内外诸多桥梁工程中，在进行桥梁健康监测时，每分钟甚至每秒都会产生大量数据，面对海量数据，有必要采用合适的处理手段进行分析，为桥梁运营状态评估提供科学依据，经过调研发现目前大部分桥梁健康监测系统对采集的监测数据只保存不处理，存在以下问题: (1) 监测频率低，监测结果滞后，不能直观反映损伤位置和状况; (2) 桥梁安全预警缺乏实时性，不能及时进行损伤预警; (3) 采集的监测数据成为信息孤岛，无法在工程各参与方中实现共享与传递，与桥梁管理系统未实现无缝对接; (4) 由于监测系统出现突发事件，监测数据存在一定的随机性和不确定性，监测结果可靠性缺乏一定的保障机制; (5) 监测数据没有经过科学去噪，存在一定误差。

住房和城乡建设部“十三五规划”中明确指出，建筑企业应当以BIM技术为基础，加强互联网+协同发展，促进产业改革。基于桥梁本身工程的特殊性，桥梁监测过程中需采取一些先进的技术手段保证监测数据的时效性，对损伤的发展情况进行动态了解与预警。2015年，交通运输部印发《交通运输重大技术方向和技术政策》，就BIM技术在桥梁养护管理方面的应用做出明确要求:“BIM技术将成为桥梁养护运营阶段发展的突破口”;2018年1月11日，交通运输部办公厅发布《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》，指出“大型桥梁、港口码头和航电枢纽等初步实现利用BIM数据进行构件辅助制造，运营管理单位应用BIM技术开展养护决策”。BIM技术的出现为桥梁实时健康监测提供新方法与新手段，互联网+又帮助BIM技术实现广域网的协同和数据共享，因此基于互联网+和BIM的桥梁健康监测可弥补传统桥健梁康监测的不足。

基于互联网+和BIM的桥梁实时健康监测系统主要由桥梁监测信息采集系统、桥梁结构安全分析与预警系统、桥梁结构信息管理系统、数据存储系统4部分组成。桥梁监测信息采集系统主要包括传感器模块、采集仪模块、数据传输模块;桥梁结构安全分析与预警系统主要包括监测数据噪声过滤模块、突发事件评估保障模块、安全评估预警模块、BIM可视化模块;桥梁结构信息管理系统主要包括信息管理模块、BIM可视化模块;数据存储系统主要是基于云存储的数据库系统，主要存储桥梁的结构信息和监测信息。监测系统的框架结构如图1所示。互联网+和BIM桥梁实时健康监测系统功能模块如图2所示。

基于BIM的三维可视化模块，可直观展示桥梁各细节部分，显示各传感器的监测部位，直观反映桥梁的损伤位置和状况。同时利用BIM模型中的信息数据实现桥梁结构数据和监测数据的信息化管理。传感器布置如图3所示。

噪声信号在数据信号采集中普遍存在，监测某些特大型桥梁及部分斜拉桥的关键部位时，由于信号采集仪器和信号传送设备的热、磁及电效应易产生噪声信号，当噪声信号较大时，会给后续监测数据的趋势分析及桥梁结构损伤识别带来困难，因此使用有效的信噪分离技术进行去噪处理，从受干扰的桥梁结构观测时间序列中消除高频噪声干扰，提高结构监测精度是桥梁结构健康监测数据处理的关键技术之一。近年来，基于小波理论的桥梁监测数据处理与分析^[7,8,9]得到广泛应用，为更好地消除噪声干扰，本项目采用王刚^[10]提出的小波分析法对信号进行滤波，监测到应变指标信号如图4所示，处理后的数据信号如图5所示。

桥梁运营过程中经常发生车辆撞桥、船舶撞桥、地震等突发事故，此时监测信号与平时监测到的信号有明显差别，甚至出现预警误报的情况，某桥梁一段时间内遇到突发事件的信号如图6所示。

为减少突发事故监测系统预警误报的几率，本项目建立突发事件评估保障模块，以保障监测系统的正确预警，减少误报率。目前国内外均通过监测突发事故时梁端水平转角幅度的单一指标信号值进行预警，本项目创新性地结合多指标联合预警，主要利用梁端水平转角幅值、报警启动后首个周期峰谷值、横桥向1阶短时自功率谱3个指标同时判断，当3个指标同时超限后，系统进行预警，同时利用BIM进度模拟功能模拟车辆和船舶撞桥时的情景，提前获得监测信号进行分析，从而减少突发事件时系统的误报率，提高预警准确性。

对各监测指标设置超限值，当监测指标信号超过阈值后报警，并在BIM模型中进行高亮显示，通过一系列的声音和数据进行提示，预警主要有时间段内单值超限预警、时间段内累计超值预警、多指标联合预警3种方式，时间段内累计预警如图7所示。

通过创建协同管理平台，将桥梁结构安全分析与预警系统和桥梁结构信息管理系统结合在一起，采用BIM技术将监测系统和结构信息整合到一个完整的建筑信息模型中，直观监测整个桥梁的时实性态，同时保证桥梁全生命周期信息的完整性，解决桥梁信息管理中存在的信息孤岛，为运营期管理提供方便^[11]。

本文提出的互联网+和BIM桥梁实时健康监测系统已成功应用于黄河特大桥健康监测中，其中在桥梁三跨跨中布置3个温湿度传感器、6个静力水准仪、5个双轴倾角仪、3个裂缝计、8个加速度传感器、16个应变传感器;10号桥墩处安放1个超声波液位计，这些传感器采用太阳能供电系统，以3G数据模块进行数据传输。

采用本文提出的系统进行监测时，数据异常后报警，并提供桥梁养护措施，如图8所示。

图8a为每分钟挠度增长量，图8b为处理过的数据曲线，图8表明挠度下降太快，出现堵车现象，建议加强交通疏导。

通过实时采集的数据，验证本文算法的合理性与正确性，实践证明，采用提出的方法和系统，避免传统定期巡检、测量工作，节省大量人力、物力，仅该项费用节省25万元。节省大量传感器定期更新、标定等维护费用，提前预测断桥的出现，减少因此发生的保通费用。缩短应急响应时间，保持路网通畅，保障交通正常运行。

针对目前传统桥梁健康监测系统中存在的问题，提出基于互联网+和BIM的桥梁实时健康监测系统，开发BIM可视化模块、监测数据噪声过滤模块、突发事件评估保障模块、评估预警模块等特色功能模块，弥补传统监测技术存在的问题和缺陷，为BIM技术在桥梁实时健康监测系统中的深入应用提供新思路和技术。