数字孪生驱动的桥梁智能建造方法

智能化是桥梁建设的重要方向，数字孪生是实现桥梁智能建造的有效途径。数字孪生将现实环境中桥梁的结构、状态和行为等映射到虚拟环境，为透彻理解和精准控制桥梁建造过程提供新手段。

西南交通大学地球科学与工程学院朱军等人，近期撰写了《数字孪生驱动的桥梁智能建造方法》一文，引入虚拟地理环境与数字孪生体理论，对桥梁建造全过程进行动态数据和仿真模型双驱动的空间建模与虚实映射。

桥梁是跨越天堑的纽带，其施工环境复杂，亟需综合运用卫星遥感、无人机航拍、视频监测、GNSS等观测技术来全面感知桥梁建造环境，而空天地一体化监测数据存在多源多模态、多维多尺度、时空基准不统一、动态变化等特点。

桥梁施工环境复杂、环境对象繁杂且施工过程动态变化，导致桥梁数字孪生场景构建困难，无法实时反映桥梁建造全生命周期状态变化过程。针对全要素互联且具有高保真度的桥梁虚拟地理环境构建需求，实现桥梁建造实体属性、结构、状态、性能及行为精准虚实映射，亟需突破桥梁工程实体、地理地质以及地上下场景融合建模等关键技术，提升桥梁建造品质与保障桥梁建设安全。

桥梁孪生场景构建可以实时反映建造过程全生命周期状态变化，为开展桥梁智能建造精细化管理提供基础平台。

通过接入遥感影像、GNSS、视频等空天地一体化监测数据，进行数据清洗、时空基准统一、格式转换等一系列规范化处理，利用多源数据关联规则抽取算法，完成多源多层次数据融合，自动集成桥梁BIM模型与虚拟地理场景，结合多尺度的地质体模型快速构建方法，动态构建桥梁建造数字孪生场景。

在某大桥实际建造案例中，通过联合GPS、传感器监测与物联网等技术手段，对桥梁建造环境、主塔沉降和偏位、主梁应力和振动等进行实时监测，以期及时掌握桥梁结构建造进度和状态的基本情况，其中温度、降雨量、风速风向等外部环境因素及应力等内部结构因素的采集频率为1小时，通过对多源监测数据进行挖掘分析，用于支撑桥梁建造场景动态更新。

桥梁建造过程动态仿真模拟，能够为桥梁施工提供决策参考，可有效地提升桥梁建造品质，保障桥梁建设安全。

综合考虑桥梁建造环境影响因素，基于构建的桥梁建造数字孪生场景与施工进度计划台账数据，耦合空天地一体化监测数据与桥梁建造过程力学仿真分析结果，开展了桥梁建造过程温度场环境、风场环境、施工进度管控、液压爬模、虚拟拼装以及结构应力变化等系列动态仿真模拟应用案例实践。

桥梁建造过程周期长，施工工艺繁杂，结构部件众多，对桥梁建造过程人机物料法等环节进行精细化管理，对整个桥梁工程建设甚至桥梁运营管理具有重要意义。

为了突破传统的桥梁施工过程管理方法的局限性，综合考虑桥梁建造过程各施工环节、桥梁地上下结构、地理地质环境等，通过桥梁建造数字孪生场景，开展了桥梁智能建造过程中临建设施、地质体、桥梁结构部件以及属性数据查询等精细化管理应用案例实践。

文章提出了数字孪生驱动的桥梁智能建造方法，分析了空天地一体化监测数据融合、建造场景智能建模、仿真计算、数据—模型—知识一体化集成管理关键技术。

不仅如此，结合到典型案例，文章还介绍了桥梁建造全过程的数据感知、仿真分析、智能预测与优化控制等技术方法，为保障桥梁施工安全与建造品质，为切实提升桥梁建造智能化、信息化水平提供强有力的科技支撑。

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