BIM在長大橋梁養(yǎng)護管理中的應(yīng)用研究

徐 亮, 戴 瑋, 孫 莉, 何 飛, 曹智磊

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

0 引 言

伴隨著我國公路橋梁交通的迅速發(fā)展，橋梁養(yǎng)護管理方面的問題也日趨明顯：養(yǎng)護管理不到位，信息傳遞不及時，協(xié)同工作不同步等。為了切實解決這些問題，提升長大橋梁養(yǎng)護管理的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和可視化水平，將BIM技術(shù)運用到橋梁養(yǎng)護和管理當(dāng)中應(yīng)運而生?；贐IM技術(shù)建立一套完善的養(yǎng)護管理系統(tǒng)，是滿足日益增加的行業(yè)與社會對交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的信息化需求，進行橋梁養(yǎng)護管理信息化、數(shù)字化升級的必要條件。

橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)是包括數(shù)據(jù)分類采集、數(shù)據(jù)錄入存儲、技術(shù)狀況評價、監(jiān)測設(shè)備的應(yīng)用、檢測信息處理和進行養(yǎng)管工作的分配等等在內(nèi)的一套綜合管理技術(shù)[1]。橋梁養(yǎng)管系統(tǒng)主要經(jīng)歷了三個發(fā)展階段[2]，搭建基于BIM技術(shù)的養(yǎng)護管理系統(tǒng)，將現(xiàn)代化信息技術(shù)、計算機技術(shù)與工程建設(shè)管理相結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與集成應(yīng)用[3]，對建筑實物進行數(shù)字化表達，有助于養(yǎng)護工作者科學(xué)快速地做出決策，實現(xiàn)橋梁養(yǎng)護管理向橋梁資產(chǎn)管理的轉(zhuǎn)變，提高養(yǎng)護管理水平。

1 研究背景

本養(yǎng)護管理的應(yīng)用研究主要依托于安徽省跨江跨河長大橋梁進行開展，并以某長江公路大橋為應(yīng)用研究實施對象。所研究的橋梁都部署了橋梁管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對橋梁巡檢等檢查數(shù)據(jù)的收集與管理；同時部署了健康監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集與管理。但是在應(yīng)用中，各系統(tǒng)獨立運行，數(shù)據(jù)未融合，系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)主要以表單的形式展現(xiàn)，內(nèi)容不具體、表達不形象，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，缺乏可視化支持，不能統(tǒng)一應(yīng)用到其他橋梁之上。

針對運營維護階段橋梁養(yǎng)護管理中存在的問題，本研究將基于BIM技術(shù)的養(yǎng)護管理系統(tǒng)應(yīng)用到長大橋梁上。主要應(yīng)用技術(shù)研究內(nèi)容包括：橋梁養(yǎng)護信息模型(BIM)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)研究，橋梁養(yǎng)護數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化與結(jié)構(gòu)化研究，橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)和健康監(jiān)測系統(tǒng)的信息疊加與融合技術(shù)研究，橋梁病害可視化記錄的實現(xiàn)技術(shù)研究以及橋梁健康監(jiān)測報警在BIM模型中三維動態(tài)展示的實現(xiàn)技術(shù)研究。

2 養(yǎng)護信息模型、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

橋梁養(yǎng)護管理工作中應(yīng)用信息技術(shù)，需要諸多基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的支持，以使養(yǎng)護模型與相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)性[4]、多專業(yè)信息模型的協(xié)調(diào)性[5]能通用到長大橋梁養(yǎng)護管理模型當(dāng)中。目前國內(nèi)還沒有發(fā)布運營養(yǎng)護階段橋梁信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)，在遵循國際標(biāo)準(zhǔn)《施工工程信息的組織》(ISO 12006-2)的框架下，通過規(guī)定養(yǎng)護用橋梁信息模型的分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)，制定橋梁養(yǎng)護階段的構(gòu)件屬性集的基礎(chǔ)屬性、構(gòu)件屬性、材料屬性見表1。根據(jù)橋梁工程信息模型的構(gòu)件分類和構(gòu)件適用的材料，對病害進行分類，建立病害屬性標(biāo)準(zhǔn)庫，實現(xiàn)建立橋梁構(gòu)件與病害之間的對應(yīng)關(guān)聯(lián)關(guān)系。

表1 橋梁養(yǎng)護階段構(gòu)件屬性

以“混凝土結(jié)構(gòu)非結(jié)構(gòu)性裂縫”這種病害為例，展示病害屬性標(biāo)準(zhǔn)庫內(nèi)容見表2。

表2 混凝土構(gòu)件非結(jié)構(gòu)性裂縫病害屬性

3 基于BIM技術(shù)的橋梁養(yǎng)管系統(tǒng)開發(fā)

只有在養(yǎng)護信息模型構(gòu)件和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上，才能將橋梁模型應(yīng)用在養(yǎng)護管理工作中，實現(xiàn)養(yǎng)護信息資源與模型構(gòu)件的對應(yīng)掛接。對橋梁運營養(yǎng)護管理工作而言，一整套橋梁養(yǎng)管系統(tǒng)平臺是將研究成果信息化、集成和轉(zhuǎn)化的重要途徑[6]。

平臺采用瀏覽器/服務(wù)器(b/s)模式搭建，共分為硬件層、體系支撐、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶層，如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)示意

可視化養(yǎng)護平臺集成了項目養(yǎng)護信息數(shù)據(jù)，養(yǎng)管中心可以在平臺查看項目數(shù)據(jù)，并且可對橋梁病害進行查詢統(tǒng)計、安全預(yù)警，將定檢病害數(shù)據(jù)與平臺三維模型進行對應(yīng)掛接，并根據(jù)定檢數(shù)據(jù)自動計算橋梁的技術(shù)狀況打分，通過顏色渲染，直觀掌控橋梁健康狀況，實現(xiàn)了調(diào)用長大橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，實時掌握橋梁監(jiān)測的各項數(shù)據(jù)。下面以橋梁構(gòu)件屬性、病害分布查詢和技術(shù)狀況渲染和查詢?yōu)槔M行說明，結(jié)果如圖2～圖4所示。

圖2 橋梁構(gòu)件屬性內(nèi)容

圖3 橋梁病害分布查詢

圖4 橋梁技術(shù)狀況渲染及查詢

4 結(jié) 論

通過對某長大橋梁應(yīng)用BIM技術(shù)進行研究，并與該橋梁現(xiàn)有的獨立平臺應(yīng)用對比，得出以下結(jié)論：

(1)基于BIM技術(shù)的養(yǎng)護管理系統(tǒng)應(yīng)用平臺能很好地將三維模型與養(yǎng)護管理工作對接，管理人員直接應(yīng)用管理系統(tǒng)平臺即可掌握橋梁的健康狀態(tài)，避免了一橋梁需多平臺共同協(xié)同養(yǎng)護管理的麻煩。

(2)可視化養(yǎng)護平臺集成竣工、運營、養(yǎng)護信息及圖文數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了傳統(tǒng)的橋梁養(yǎng)護管理向橋梁資產(chǎn)管理的轉(zhuǎn)變，發(fā)揮資產(chǎn)數(shù)據(jù)的最大價值。

(3)通過制定一系列標(biāo)準(zhǔn)，使平臺可實現(xiàn)同時管理多個橋梁，讓平臺成為一個完善的橋梁工程信息庫。

(4)基于BIM技術(shù)開發(fā)的養(yǎng)護管理平臺，實現(xiàn)了橋梁病害和監(jiān)測信息的三維可視化，讓管理人員不出辦公室即可掌握橋梁病害信息的具體情況。

將BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁工程運營維護階段，能夠提高橋梁養(yǎng)護管理的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和可視化水平，大幅度提高工作效率。但是，將BIM技術(shù)應(yīng)用到項目的全壽命周期中仍然還需要在工程項目中進行實踐研究，應(yīng)用BIM技術(shù)替代傳統(tǒng)圖紙和文檔工作方式，還需要更多的科學(xué)技術(shù)支撐和時間的積累，這也是工程設(shè)計與施工一直嘗試突破的方向。