橋梁資產(chǎn)可視化智能化管理技術(shù)淺探

洪衛(wèi)星 吳羨 毛明潔 晁成冉

摘 要：分析總結(jié)橋梁資產(chǎn)管理問題及國內(nèi)外橋梁資產(chǎn)管理系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對(duì)橋梁資產(chǎn)可視化智能化進(jìn)行了初步研究，研究了BIM技術(shù)在橋梁資產(chǎn)管理系統(tǒng)上的應(yīng)用，為國內(nèi)橋梁資產(chǎn)管理技術(shù)的研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：可視化;智能化;橋梁資產(chǎn)管理;BIM技術(shù);結(jié)構(gòu)縫檢測(cè)

中圖分類號(hào)：F284 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)不斷地發(fā)展，與之配套的基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。橋梁作為路段與路段間的重要“連接節(jié)點(diǎn)”在道路通行中起到了溝通連接等重要作用[1]。通行量的上漲、超限超載情況日益上升及服役時(shí)間增加，橋梁的安全性、使用壽命及管理養(yǎng)護(hù)等相關(guān)工作受到越來越大的考驗(yàn)[2]。因此，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)、規(guī)范有效的對(duì)橋梁進(jìn)行管理與養(yǎng)護(hù)，建設(shè)一套標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化、可視化的橋梁資產(chǎn)管理系統(tǒng)便具有重要意義[3]。

1 橋梁資產(chǎn)管理的問題

橋梁資產(chǎn)高效準(zhǔn)確的管理有助于準(zhǔn)確辨識(shí)橋梁的狀態(tài)、合理進(jìn)行橋梁的管養(yǎng)工作并提高橋梁的利用效率，目前橋梁資產(chǎn)管理存在以下幾個(gè)問題：

（1）橋梁資產(chǎn)數(shù)量眾多，資產(chǎn)管理體量龐大。截至目前，我國大大小小的橋梁已達(dá)100萬余座，其中很大一部分為上世紀(jì)80～90年代建設(shè)而成，距今已服役30余年，大多需要進(jìn)行完整全面的檢查維護(hù)。我國橋梁資產(chǎn)管理工作仍存在路橋管理混為一談的觀念性錯(cuò)誤，橋梁資產(chǎn)管理除橋面資產(chǎn)以外還需注重對(duì)其承重節(jié)點(diǎn)的管理。

（2）橋梁結(jié)構(gòu)問題突出，危害難以肉眼辨別。由于雨水沖刷、河水侵蝕等原因，大多橋梁表面存在肉眼可見的病害問題，日益增長(zhǎng)的車輛負(fù)載也導(dǎo)致了肉眼難以辨別的耐久性和疲勞性結(jié)構(gòu)損傷問題。

（3）資產(chǎn)管理方式落后，信息脫節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重。目前我國主要的資產(chǎn)管理手段還停留在人工巡查、情況統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)上傳的階段，缺少對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)的可視化顯示，無法實(shí)時(shí)預(yù)警橋梁安全狀況。橋梁的設(shè)計(jì)期、施工期、養(yǎng)護(hù)期的管理脫節(jié)，存在信息缺失的情況，無法對(duì)信息進(jìn)行有效地集成管理。

2 橋梁信息管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起與應(yīng)用，橋梁資產(chǎn)管理逐漸由紙質(zhì)文檔化過渡為信息化管理，基于此，美國率先開發(fā)出了PONTIS系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于Markov鏈的簡(jiǎn)單形式模擬退化過程，通過概率論模擬各個(gè)構(gòu)件的狀態(tài)評(píng)估的變化，其主要能實(shí)現(xiàn)橋梁數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、橋梁狀態(tài)評(píng)估預(yù)測(cè)、費(fèi)用效益分析及優(yōu)化相關(guān)決策等功能。

我國橋梁項(xiàng)目管理系統(tǒng)可追溯至上個(gè)世紀(jì)80年代，CBMS系統(tǒng)基于橋梁結(jié)構(gòu)工程、監(jiān)測(cè)管理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)理論及工程經(jīng)濟(jì)學(xué)，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁技術(shù)狀況和路網(wǎng)橋梁的整體狀況進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)橋梁未來的發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行經(jīng)費(fèi)估算，對(duì)橋梁資產(chǎn)管理的初步智能化的功能。但由于開發(fā)年代久遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)缺乏交互性，數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量較差致使數(shù)據(jù)分析挖掘誤差較大，難以進(jìn)行有針對(duì)的、準(zhǔn)確的輔助決策。

3 基于BIM技術(shù)的橋梁資產(chǎn)管理系統(tǒng)

BIM最初是作為“Building Information Modeling”的縮寫，主要用于建筑業(yè)，但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在各行各業(yè)的深入，BIM技術(shù)的應(yīng)用范圍也越來越廣泛?；诖?，智能橋梁管理系統(tǒng)（Intelligent Bridge Management System），即IBMS，系統(tǒng)通過結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)工程、病害機(jī)理、監(jiān)測(cè)技術(shù)及數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，對(duì)橋梁進(jìn)行檔案管理、狀況登記、評(píng)估分析、狀態(tài)預(yù)測(cè)等管理工作。

系統(tǒng)以實(shí)物資產(chǎn)數(shù)據(jù)（靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)管養(yǎng)數(shù)據(jù)）為核心，以養(yǎng)護(hù)管理為主線構(gòu)建功能體系，以BIM、GIS、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段架構(gòu)信息化系統(tǒng)，以標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，圍繞運(yùn)維過程中的結(jié)構(gòu)、設(shè)施等資產(chǎn)的檢查檢測(cè)、評(píng)定評(píng)估、養(yǎng)護(hù)維修等生產(chǎn)活動(dòng)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化的數(shù)據(jù)歸集、管理、展示和應(yīng)用。通過對(duì)資產(chǎn)構(gòu)件精細(xì)和標(biāo)準(zhǔn)的離散，實(shí)現(xiàn)橋梁精細(xì)化養(yǎng)護(hù)與管理，并建立交通基礎(chǔ)設(shè)施全壽命期的數(shù)字化信息模型，通過標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)流程和專業(yè)數(shù)據(jù)體系提高管養(yǎng)水平和效率，為運(yùn)維決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)管養(yǎng)的精細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、可視、便捷和可持續(xù)性管理等目的。

其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)如圖1所示，通過感知層的攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)由傳輸層將圖像傳輸至平臺(tái)層中，由平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、存儲(chǔ)交換，最終由應(yīng)用層將結(jié)果進(jìn)行可視化展現(xiàn)，并生成相對(duì)應(yīng)的報(bào)表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁資產(chǎn)的管理。

該系統(tǒng)首次建立了適應(yīng)管養(yǎng)需求和BIM技術(shù)要求的資產(chǎn)拆分標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)編碼標(biāo)準(zhǔn)、管養(yǎng)數(shù)據(jù)流體系標(biāo)準(zhǔn)。并實(shí)現(xiàn)六化管理，通過標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件拆分實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管養(yǎng)，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)和流程管理實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管養(yǎng)，通過BIM、GIS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化管養(yǎng)，通過友好的人機(jī)交互終端實(shí)現(xiàn)便捷化管養(yǎng)，通過專業(yè)管養(yǎng)庫實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管養(yǎng)，通過持續(xù)性數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)全壽命管養(yǎng)。

4 橋梁資產(chǎn)的可視化表達(dá)

具有可視化、協(xié)同性、全周期、參數(shù)化優(yōu)勢(shì)的BIM技術(shù)逐漸開始應(yīng)用于橋梁資產(chǎn)管理領(lǐng)域。其橋梁資產(chǎn)動(dòng)態(tài)展現(xiàn)的工作流程如圖2所示，首先由固定在橋側(cè)的攝像頭采集橋梁的實(shí)景圖像，利用BIM技術(shù)進(jìn)行3D建模，而后在虛擬環(huán)境中模擬橋梁基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)縫隙之間的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，模擬出其變化過程，通過對(duì)過程的模擬，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)危害，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁資產(chǎn)的管理。

以滁河大橋?yàn)槔湎到y(tǒng)可視化評(píng)定情況如圖3～4所示，經(jīng)過系統(tǒng)分析，可知該橋梁總體得分為85分，與歷史情況相比，其現(xiàn)狀較為良好，但在結(jié)構(gòu)、路面等方面仍有缺損，需進(jìn)行管養(yǎng)，經(jīng)過系統(tǒng)評(píng)定，可明確橋梁的基本信息，也可明確橋梁資產(chǎn)的總體概況，并對(duì)管理部分提供了相應(yīng)的管養(yǎng)建議，大大提高的工作效率，實(shí)現(xiàn)了資源的最優(yōu)化管理。

5 結(jié)語

總體來說，我國不僅在進(jìn)行新建橋梁的管控，對(duì)舊有的橋梁也在進(jìn)行管養(yǎng)工作，而傳統(tǒng)的人工管理將越來越難以適應(yīng)其發(fā)展速度，且隨著5G、車路協(xié)同等技術(shù)的成熟，新材料、新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，橋梁資產(chǎn)管理的范圍將不斷擴(kuò)大，信息化的綜合管理有助于對(duì)信息的歸納整理，實(shí)現(xiàn)信息有效交互。除了需要對(duì)橋梁資產(chǎn)的管理進(jìn)行重視以外，還需關(guān)注其相關(guān)配套的生產(chǎn)流程與規(guī)章制度是否符合科技的變化，重視自主創(chuàng)新研究，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。

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[3]李婉靜.關(guān)于橋梁設(shè)施資產(chǎn)管理的研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2012.