養(yǎng)護(hù)階段三維數(shù)字化橋梁工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

張耀允 ，孫 莉 ，何 飛

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節(jié)能與環(huán)保技術(shù)及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，尤其是BIM技術(shù)的推廣，基礎(chǔ)設(shè)施工程的信息化和數(shù)字化在應(yīng)用廣度和深度上有了很大進(jìn)步。長(zhǎng)大橋梁做為交通重要的基礎(chǔ)設(shè)施，基本建設(shè)了養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)、健康檢測(cè)系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)相對(duì)完善、準(zhǔn)確。以公路長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?，討論在三維數(shù)字化的過程中，如何梳理數(shù)字化橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取、更新、存儲(chǔ)和分享等環(huán)節(jié)進(jìn)行探索，努力提高數(shù)據(jù)管理的效率和質(zhì)量。

1 養(yǎng)護(hù)階段橋梁工程的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀及特點(diǎn)

長(zhǎng)大橋梁基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)相對(duì)完善，同時(shí)保存和記錄了運(yùn)維過程中的各類巡查、檢測(cè)數(shù)據(jù)。此外建設(shè)有健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)記錄與發(fā)布橋梁的各類環(huán)境和自身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。一般每月會(huì)提交橋梁的病害報(bào)告，每年進(jìn)行定期檢查，針對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行針對(duì)性的檢查，具備良好的數(shù)據(jù)采集與上報(bào)機(jī)制。

通過對(duì)長(zhǎng)江公路大橋和其它大型公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理單位的調(diào)研，總結(jié)養(yǎng)護(hù)階段長(zhǎng)大橋梁的數(shù)據(jù)特點(diǎn)包括：（1）數(shù)據(jù)全面，功能需求較明確；（2）業(yè)務(wù)類數(shù)據(jù)豐富，但是空間類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏；（3）數(shù)據(jù)多源，存在不統(tǒng)一問題；（4）存儲(chǔ)方式不一致，集中程度不高。

2 數(shù)字化橋梁工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

數(shù)字化橋梁工程需要良好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式、存儲(chǔ)分享方式、展現(xiàn)形式等方面都不同于養(yǎng)護(hù)運(yùn)維的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，需要專門的數(shù)據(jù)管理策略。數(shù)字化橋梁工程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括橋梁三維信息模型數(shù)據(jù)、周邊基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)等，見表1。

表1 數(shù)字化橋梁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)種類

3 橋梁三維數(shù)字化

3.1 逆向建模

已有大型橋梁的信息模型創(chuàng)建不同于設(shè)計(jì)建造階段，其數(shù)據(jù)來源是以竣工圖紙為基準(zhǔn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，最終完成信息模型的重新構(gòu)建。

在橋梁信息模型的創(chuàng)建中，首先需要在國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原則下進(jìn)行工作設(shè)計(jì)，確定其實(shí)體分解方式、構(gòu)件面向?qū)ο蠓诸惣皩傩越Y(jié)構(gòu)、細(xì)節(jié)程度、分層分塊等參數(shù)。然后在Revit、Micro station、Catia等三維CAD軟件中完成幾何模型的創(chuàng)建，同時(shí)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完成基本屬性的填寫或抽取。最后進(jìn)行質(zhì)量的檢核和錯(cuò)誤的修改，形成拓樸關(guān)系清晰準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)組織有序的信息模型。

此外，根據(jù)目標(biāo)和需求的不同，需要通過傾斜攝影或三維激光掃描獲取橋梁及周邊的地表信息數(shù)據(jù)，見圖1。

圖1 公路長(zhǎng)江大橋的服務(wù)區(qū)實(shí)景模型

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整

以往的數(shù)據(jù)對(duì)象是針對(duì)不同的工作內(nèi)容創(chuàng)建，如橋梁技術(shù)狀況評(píng)定是根據(jù)評(píng)分部件-構(gòu)件創(chuàng)建；竣工的成果對(duì)象是以分部分項(xiàng)及檢驗(yàn)批組織；造價(jià)是以分部分項(xiàng)清單預(yù)算和核算；圖紙資料是以設(shè)計(jì)文件編制目錄管理。

數(shù)字化信息模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以圖形或結(jié)構(gòu)為依據(jù)建立工程對(duì)象，這與各個(gè)工作的對(duì)象不一致，在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，通過兩方面建立信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系：（1）調(diào)整各部分工作對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（2）建立各個(gè)對(duì)象之間的關(guān)系對(duì)象。

在橋梁技術(shù)狀況中，橋梁的評(píng)分構(gòu)件是最小單元的構(gòu)件，其粒度粗于信息模型的構(gòu)件，因此分別對(duì)信息模型和評(píng)分構(gòu)件進(jìn)行調(diào)整，保證構(gòu)件粒度小于等于構(gòu)件，然后建立了其多對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。在巡檢工作中，建立工作、構(gòu)件之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了基于構(gòu)件的關(guān)聯(lián)巡檢工作查詢和基于工作的構(gòu)件集合查詢。建立病害對(duì)象，檢查記錄對(duì)象。建立病害、檢查記錄和構(gòu)件的相互管理關(guān)系，即病害與構(gòu)件是多對(duì)一關(guān)系，檢查記錄與病害是多對(duì)一關(guān)系，見圖2。

圖2 檢查記錄-病害-構(gòu)件的類

3.3 數(shù)據(jù)整合

由于數(shù)據(jù)粒度的不一致，信息模型關(guān)聯(lián)的信息不能全部直接從已有的數(shù)據(jù)庫中獲取，大多數(shù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)整合。ETL是數(shù)據(jù)整合過程中的數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)載入三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗，形成高質(zhì)量的數(shù)據(jù)成果。橋梁養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的ETL包括三類：原有數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、基于原有數(shù)據(jù)的再處理、新建數(shù)據(jù)的搜集。

3.4 集成BIM的管理系統(tǒng)開發(fā)

在圖3圖形可視化的支持下，針對(duì)橋梁養(yǎng)護(hù)的技術(shù)狀況、病害臺(tái)賬、健康檢測(cè)數(shù)據(jù)集成、資料文檔檢索、巡查任務(wù)覆蓋等環(huán)節(jié)可以在三維場(chǎng)景中展現(xiàn)?；陴B(yǎng)護(hù)的歷史數(shù)據(jù)和已有的軟、硬件條件，完全新建BIM養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的方式。穩(wěn)健的方式是新建BIM可視化模塊，使用原有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫或數(shù)據(jù)接口，最終彌補(bǔ)相關(guān)的空間功能。

圖3 構(gòu)件評(píng)分可視化渲染

4 數(shù)據(jù)運(yùn)維

4.1 空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分享

數(shù)字化橋梁工程中涉及的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)種類較多，根據(jù)不同數(shù)據(jù)的類型和來源，需要針對(duì)性的數(shù)據(jù)管理方式。同時(shí)，數(shù)字化橋梁工程的信息模型的數(shù)據(jù)量比較大，構(gòu)件數(shù)量多，直接文件式儲(chǔ)存效率低下，需要統(tǒng)一規(guī)范化管理。

在本項(xiàng)目中，采用GIS類軟件的空間數(shù)據(jù)管理功能，可以有效地解決問題。通過超圖的IDesktop建立專門的工作空間，規(guī)范存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；通過IServer，可以將工作空間中的數(shù)據(jù)資源打包發(fā)布成地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享。同時(shí)借助其分布式存儲(chǔ)和調(diào)用的能力，提升大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和使用的效率。

4.2 數(shù)據(jù)變更與維護(hù)

隨著橋梁壽命的增加和養(yǎng)護(hù)的實(shí)施，數(shù)字化橋梁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要變換更新。因此，需要建立完善的元數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確全面地描述數(shù)據(jù)的版本號(hào)、生產(chǎn)商、維護(hù)者、更新時(shí)間、空間參考系等信息。記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)，如每期控制點(diǎn)復(fù)測(cè)的坐標(biāo)值、變形監(jiān)測(cè)的測(cè)量數(shù)據(jù)等。建立數(shù)據(jù)維護(hù)的運(yùn)行機(jī)制和安全機(jī)制，由數(shù)據(jù)倉庫管理員定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份與同步，不同數(shù)據(jù)類型分開管理，保障基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)效運(yùn)行。

4.3 BIM可視化模塊或系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)

三維技術(shù)已經(jīng)從桌面端逐漸擴(kuò)展至web端和移動(dòng)端，硬件水平的持續(xù)提升也使得圖形渲染的效率大大提升。隨著主流技術(shù)的進(jìn)步和業(yè)務(wù)需求的發(fā)展，BIM可視化模塊需要不斷地更新功能和提高運(yùn)行效率，從而發(fā)揮數(shù)據(jù)的最大功效，提升橋梁養(yǎng)護(hù)水平。

5 結(jié)語

數(shù)字化橋梁工程是數(shù)字化交通的組成部分，未來會(huì)有更多的大型基礎(chǔ)設(shè)施在計(jì)算機(jī)世界中重建。隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、數(shù)據(jù)詳細(xì)程度的不斷豐富和數(shù)據(jù)種類的逐步完善，相關(guān)的數(shù)據(jù)管理工作將會(huì)越來越重要，需要在制度、管理、技術(shù)和人員方面不斷地優(yōu)化與完善。