引言
以信息化、智能化为特征的数字化时代的到来推动了桥梁工程技术的发展与创新，有必要将云计算、大数据、人工智能、3D打印、机器人等战略性新兴产业技术与桥梁工程相融合，从智能设计、智能施工、智能运维等多个维度，推进桥梁工业化、数字化、智能化升级，助力我国从“桥梁大国”迈向“桥梁强国”，从“中国建造”迈向“中国创造”。
在此背景下，为进一步掌握和凝练智能桥梁领域的前沿进展、关键技术和瓶颈问题，笔者针对年国内外专家学者在桥梁信息化与智能化领域所取得的进展进行了扼要的梳理和总结，着重分析了桥梁信息化、智能检测与安全运维、智能防灾减灾、智能材料方面的前沿技术和重要成果，并尝试总结了本方向研究热点与前景展望，以期为广大同行开展相关工作提供些许参考和思路。文献远不止所列，挂一漏万之处难免，若未统计到位还望指正。
01
桥梁信息化研究
随着科技的进步和信息化技术的不断发展，桥梁工程对工业化、信息化的要求也越来越高。BIM（BuildingInformationModeling，建筑信息模型）技术是以三维（3D）技术为基础、集成了工程建筑项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。基于BIM，可对建设项目进行虚拟设计、建造、维护，实现动态、集成和可视化管理。本节主要针对BIM技术在桥梁工程全寿命周期设计、施工和运维阶段的应用开展了文献调研和动态分析。
在桥梁BIM设计方面，中国铁路总公司工程管理中心、中国铁道科学研究院、中铁大桥勘测设计院集团有限公司、中铁二院工程集团有限责任公司等中国铁路BIM联盟单位分别开展了中国铁路BIM技术体系、基于Inventor的常泰长江大桥主塔BIM正向设计[1]、基于Bentley平台的宁淮铁路桥梁BIM正向设计[2]等方面研究。赵月悦等[3]运用Revit软件完成了一系列桥梁的精细化BIM建模和基于BIM模型的方案设计优化和结构分析。李红豫等[4]采用Revit平台中构建桥梁构件族的方式对桥梁进行了参数化建模，并与MidasCivil软件进行了模型传递与共享。张鹏飞等[5]和周应华等[6]基于Revit对法国达索设计软件CATIA进行了二次开发，建立了高速铁路大跨斜拉桥工程算量系统和复杂钢结构桥梁的工程量统计方法，实现了基于BIM的智能化算量。黄成岑[7]等基于三维倾斜摄影技术和BIM技术，实现了复杂地形桥隧相接部位的三维实景建模（图1），为桥位选择和施工方案设计提供了指导。戴林发宝等[8]结合铁路工程特点和当前BIM技术水平，提出了一种基于多源数据的铁路工程BIM协同设计平台，解决了各软件间数据交互困难等问题。全面应用BIM技术，建立地形、地质、桥梁、附属设施等三维信息模型，进行方案优化设计、可视化展示、施工方案模拟等，指导设计人员进行深化设计，可以为施工阶段提供准确的BIM模型。
（a）桥隧工点地形三维曲面
（b）BIM三维实景模型
图1BIM三维实景建模技术[7]
基于设计提供的BIM模型，施工管理平台可以解决施工中的控制及管理难题，施工交付BIM模型记录施工数据痕迹，作为运维阶段BIM模型的初始状态，实现数据的全生命周期流动[9]。通过对3D数字化信息模型赋予时间轴的信息，还可实现3D向4D的跨越，对施工全过程进行监控和预警，保障桥梁施工阶段和成桥状态结构安全可控。进一步将多种方法融合，如BIM+VR，BIM+GIS等，可以对复杂环境下桥梁结构施工进行优化。王宏坤等[10]基于BIM数据信息建立了完整的项目管控体系，将施工安全、进度、质量、投资等管理内容统一起来，使得铁路桥梁施工更加便捷、高效。赵亚宁等[11]借助BIM技术，开展了预应力连续梁桥施工应力监控、安全阈值报警等研究，提升了桥梁施工监控的效率。张晖[12]对锚碇大体积混凝土进行了温度监控，利用BIM技术，实现了整个施工过程的4D模拟和进度控制。潘永杰[13]研发了由数控定扭矩电动扳手和应用系统组成的铁路钢桥高强度螺栓连接施工管理系统，实现了对钢桥螺栓施工全过程和“人、机、料、法、环”全要素的有效管控，解决了钢桥高强度螺栓现行施工工序繁杂、信息化和智能化水平不高的现状。
实现全生命周期流动BIM模型，可以记录施工中的受力、变形及初始损伤等信息，并基于监控信息实时修正BIM模型，解决健康监测模型的准确性问题。基于统一管理平台及运营大数据，还可以实现管养的信息化、智能化。Kushwaha等[14]采用地面激光扫描（TLS）和近距离摄影测量（CRP）、探地雷达（GPR）等无损遥感技术，将多种桥梁的地表和地下的信息进行了可视化处理，用于分析桥梁结构损伤。Fleischhacker等[15]基于贝叶斯生存分析预估了公路混凝土桥梁桥面性能与国家桥梁数据之间的关系，提取了导致混凝土桥面板劣化的参数，给出了维修加固策略。Isailovi?等[16]建立了可实时更新桥梁损伤特征的桥梁信息模型（Bridgeinformationmodel,BrIM）（图2），更准确地反映了当前桥梁状况。胡兴意等[17]提出了一种融合BIM与影像建模技术的桥梁检测新方法，建立了桥梁运维管养BIM模型数据库，并采用影像建模技术丰富了模型中的病害信息。Colin等[18]提供了一个可公开访问的全球大跨度桥梁数据库，该数据库含有个大跨度桥梁信息，可以根据自带的数据分析功能，识别桥梁常见问题，提出维修加固方法。
图2基于BrIM模型的桥梁损伤识别[16]
综上，BIM正向设计和应用更加深入，设计精细化水平得以提升。施工过程控制和管理准确化程度加强，并在运维管养一体化、多方协同管理方面取得了卓有成效的研究成果。但仍存在以下问题：（1）BIM软件一般不能用于精细化结构计算，建模与设计计算割裂，缺少有效软件接口；（2）设计阶段主要利用BIM技术进行三维设计，而施工阶段则侧重应用BIM的高度可视化特性进行施工控制及管理，导致BIM用于结构设计和施工方面存在不衔接的问题；（3）设计端与生产端的BIM信息未充分融合，需要工厂进行二次深化设计，影响效率；（4）BIM技术的应用发展，尚未达到桥梁全寿命期BIM应用，还没有实现数据真正的有效传递。
02
桥梁智能检测与安全运维
科学保障桥梁工程的服役安全、行车安全及长寿命是国家重大需求。新技术的兴起为桥梁的智能检测与安全运维提供了新的发展契机，亟需加强桥梁工程运维领域的学科交叉与颠覆性技术突破。随着新型传感、大数据、云计算和人工智能技术的快速发展，基于先进传感和人工智能的桥梁运营管理解决方案，为桥梁的智能检测、诊断识别、评价预测及养护维修提供了新思路。
2.1桥梁智能检测技术
智能桥梁是一个智能体，具体由数据（血液）、传输（五官和手脚）、连接（躯干）、中枢（大脑）等组成。数据是实现桥梁智能化的核心基础；传输用以连接物理世界和数字世界，让资源、数据、软件、AI算法在云端自由流动；连接可以无缝覆盖，让万物互联，实现应用协同、数据协同和组织协同；中枢即智能体的大脑和决策系统，基于云基础设施、智能应用，可以支撑全场景智慧应用。
其中，智能检测是获取数据、感知桥梁的首要环节。深度融合无人机、机器人、雷达、新型传感、声发射及红外线热成像等智能检测技术与机器学习、卷积神经网络等人工智能技术，形成“智能检测-快速识别-智能决策”的一体化智能运维体系，实现高效、精准、全方位的无损检测作业，已成为未来桥梁发展不可避免的趋势。
随着航拍、遥感技术产业化程度的飞速发展，无人机在桥梁检测中的应用受到了广泛