目前，我國(guó)交通路網(wǎng)正在加速織密,橋梁是交通路網(wǎng)中的關(guān)鍵咽喉工程，關(guān)系到區(qū)域交通路網(wǎng)的通行效率與通行安全。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)公路橋梁總數(shù)已經(jīng)超過(guò)90萬(wàn)座，其中長(zhǎng)大橋梁總數(shù)達(dá)到135座，成為名副其實(shí)的橋梁大國(guó)，在世界前十大跨徑斜拉橋、懸索橋中，我國(guó)分別占有7座和6座，橋梁建設(shè)與養(yǎng)護(hù)水平處于世界領(lǐng)先地位。進(jìn)一步提高橋梁建設(shè)與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)橋梁長(zhǎng)久高水平服務(wù)，為公眾提供更加暢通的交通通道、更加舒適的交通體驗(yàn)，是每一位交通人應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任，也是時(shí)代所需、公眾所盼。
醫(yī)療領(lǐng)域的公民高效健康管理體制給橋梁施工與養(yǎng)護(hù)管理的精細(xì)化升級(jí)提供了很好的借鑒作用。如在醫(yī)療領(lǐng)域，要想保障每一個(gè)公民長(zhǎng)期健康，就需要建立公民病歷檔案查詢平臺(tái)，并采取定期的健康體檢，準(zhǔn)確了解公民的健康狀況，及早發(fā)現(xiàn)健康隱患。在交通基礎(chǔ)設(shè)施中，橋梁每天都在夜以繼日的“忙碌”，片刻的停歇都將對(duì)區(qū)域交通的暢通造成極大的不便，探索橋梁施工安全與運(yùn)維管理的轉(zhuǎn)型之路成為熱點(diǎn)。借鑒健康體檢理論，建立橋梁全生命周期“體檢庫(kù)”，提高橋梁全面體檢的方法與手段，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的隱患識(shí)別與診斷決策，對(duì)于時(shí)刻保持橋梁的“健康”服役而言，具有重要的意義。
新興的信息化、智能化、大數(shù)據(jù)等技術(shù)快速發(fā)展，在此背景下，如何建立橋梁全生命周期數(shù)字孿生信息庫(kù)，如何提高橋梁檢測(cè)效率與精度，如何對(duì)橋型復(fù)雜多樣、服役時(shí)間長(zhǎng)的各類橋梁進(jìn)行差異化管理與預(yù)防型決策，是轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的建管養(yǎng)思路，實(shí)現(xiàn)橋梁智能建管養(yǎng)轉(zhuǎn)型亟需解決的問(wèn)題。
突破與創(chuàng)新
我國(guó)《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中提出“堅(jiān)持創(chuàng)新核心地位，注重科技賦能。推進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化，提升交通運(yùn)輸指揮發(fā)展水平”，為交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的發(fā)展指明了方向。針對(duì)橋梁的建管養(yǎng)需求，筆者在施工管控、監(jiān)測(cè)預(yù)警、養(yǎng)護(hù)決策三個(gè)方面，開(kāi)展了不同程度的探索。
橋梁結(jié)構(gòu)安全事件的應(yīng)急處置
江蘇省內(nèi)的一條干線公路鋼橋建設(shè)工程與高速公路跨線橋、地面環(huán)線相交形成三層立交，工程采用單向多點(diǎn)頂推施工方式，面臨著拼裝線形與支點(diǎn)標(biāo)高精度要求高、安全防護(hù)要求高等難點(diǎn)。針對(duì)項(xiàng)目工程特點(diǎn)，需建立橋梁結(jié)構(gòu)高精度BIM模型，如圖1所示，完成項(xiàng)目構(gòu)件信息數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建。
所搭建的BIM模型可以為造價(jià)人員提供造價(jià)編制所需的項(xiàng)目構(gòu)件信息，大幅提升了工程量的計(jì)算工作效率與計(jì)量精度。例如在項(xiàng)目用鋼計(jì)量分析中，采用設(shè)計(jì)圖紙統(tǒng)計(jì)的鋼材質(zhì)量不包括過(guò)人孔的開(kāi)孔消耗質(zhì)量。結(jié)合具體的構(gòu)件加工作業(yè)特點(diǎn)，通過(guò)BIM模型分析得出考慮損耗時(shí)的鋼材質(zhì)量，與工程實(shí)際鋼材消耗量相比，比設(shè)計(jì)圖紙統(tǒng)計(jì)質(zhì)量的準(zhǔn)確性提升約9%，在施工前期階段實(shí)現(xiàn)了對(duì)成本的高效控制。除此之外，通過(guò)搭建高精度鋼筋模型，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)了一鍵式碰撞檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了橋墩鋼筋碰撞之處萬(wàn)余處，并針對(duì)這些碰撞之處給出了設(shè)計(jì)優(yōu)化建議，不僅節(jié)省了鋼材用量、完成了成本優(yōu)化，還實(shí)現(xiàn)了工作質(zhì)量的提升。
同時(shí),為更好保障項(xiàng)目施工安全性,建立BIM三維場(chǎng)地模型,可實(shí)現(xiàn)每一個(gè)點(diǎn)位三維高精度的測(cè)量功能，如圖3所示。該三維場(chǎng)地模型為橋梁施工過(guò)程中的運(yùn)輸路徑規(guī)劃和場(chǎng)區(qū)劃分提供了高質(zhì)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，大大減少了場(chǎng)地勘測(cè)的工作量。
結(jié)合實(shí)景模型，借助BIM技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了橋梁施工期間的交通組織模擬、施工方案交底等工作，如支架搭設(shè)、吊車(chē)進(jìn)場(chǎng)和頂推工藝等，預(yù)演了多種吊裝方案，如圖4所示。形象直觀地展示了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效果與施工組織方案，使項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)均在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，做到“事前零成本、事后提質(zhì)效”，準(zhǔn)確、全面、高效地提升了施工管理水平。
橋梁BIM模型中所包含的精細(xì)幾何信息還可以為施工放樣等工作提供支持。如將BIM模型輸入先進(jìn)的信息化放樣機(jī)器人設(shè)備，如圖5所示，放樣機(jī)器人通過(guò)對(duì)比模型三維坐標(biāo)與實(shí)際工程構(gòu)件位置坐標(biāo)，便可實(shí)現(xiàn)鋼箱梁節(jié)段的吊裝和頂推的全過(guò)程監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工誤差并向項(xiàng)目部發(fā)出預(yù)警，輔助項(xiàng)目部做出合理的糾偏措施，保證了鋼箱梁頂推施工的順利進(jìn)行。
在監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，采用無(wú)人機(jī)傾斜攝影、激光點(diǎn)云、探地雷達(dá)等多種“空天地”檢測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)交通要素識(shí)別、交通量統(tǒng)計(jì)、拋撒掉落物識(shí)別、車(chē)輛事故識(shí)別、異常行為識(shí)別、火災(zāi)煙霧識(shí)別、設(shè)施損壞識(shí)別等，完成對(duì)橋面系設(shè)施、鋪裝服役狀況、施工狀態(tài)的精細(xì)化綜合監(jiān)測(cè)。如圖6采用鋪裝病害快速檢測(cè)技術(shù)、病害自動(dòng)識(shí)別與智能評(píng)估技術(shù)，通過(guò)車(chē)輛實(shí)時(shí)拍攝視頻數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了橋面鋪裝的病害自動(dòng)分類識(shí)別。
不僅如此，還進(jìn)一步探索了信息化技術(shù)在橋面鋪裝養(yǎng)護(hù)決策任務(wù)中的應(yīng)用方法。通過(guò)收集南京大橋、泰州大橋等大跨徑鋼橋近20年的病害發(fā)展演變資料，結(jié)合前期檢測(cè)數(shù)據(jù)，基于深度學(xué)習(xí)模型框架，對(duì)病害預(yù)測(cè)和演變模型做了深入理論化研究，發(fā)現(xiàn)橋面鋪裝裂縫、網(wǎng)裂、坑槽等病害的發(fā)展規(guī)律，建立了基于表觀圖像的病害預(yù)測(cè)模型。在此基礎(chǔ)上，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下橋面鋪裝病害進(jìn)行后期發(fā)育、遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了橋面鋪裝病害現(xiàn)狀檢測(cè)與評(píng)估效率的大幅度提升，助力了大跨徑鋼橋面鋪裝的品質(zhì)工程建設(shè)。
橋梁運(yùn)維與養(yǎng)護(hù)的智能決策支撐
在橋梁工程全壽命信息管理方面，團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)了橋面鋪裝三維可視化建管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了橋梁“體檢”數(shù)據(jù)的三維可視化存儲(chǔ)管理。通過(guò)其中的病害管理模塊、巡檢管理模塊，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)護(hù)管理的可視、可達(dá)、可控，推動(dòng)了基礎(chǔ)設(shè)施管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，助力了行業(yè)戰(zhàn)略性、前沿性發(fā)展。
在橋梁健康監(jiān)測(cè)與管理領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了橋梁“檢測(cè)-監(jiān)測(cè)-養(yǎng)護(hù)”多源大數(shù)據(jù)的有效融合，搭建了集成多因素耦合分析的橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析系統(tǒng)。同時(shí)在東南大學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，開(kāi)發(fā)出橋梁智慧運(yùn)維綜合管理平臺(tái)，為養(yǎng)護(hù)決策提供了相應(yīng)的科學(xué)化依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)存量橋梁數(shù)量巨大，相信這樣一個(gè)橋梁智慧運(yùn)維管理平臺(tái)可以匯聚越來(lái)越多的橋梁信息數(shù)據(jù)，并應(yīng)用到越來(lái)越多的公路橋梁上，為橋梁養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)決策提供更加有效的技術(shù)支撐。
未來(lái)發(fā)展的預(yù)想
針對(duì)現(xiàn)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)將來(lái)的發(fā)展有以下預(yù)想：
在橋梁施工作業(yè)方面，結(jié)合現(xiàn)在的智能制造及裝配式施工，BIM模型可以與新型的智能制造設(shè)備進(jìn)行數(shù)字接口的融合，做到BIM+5D的精細(xì)化管理、智能化的加工和拼裝，保障工程項(xiàng)目的品質(zhì)與安全。除此之外，隨著無(wú)人駕駛、無(wú)人機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)智能養(yǎng)護(hù)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)橋梁智能巡檢和無(wú)人化養(yǎng)護(hù)工作，可以有效提高養(yǎng)護(hù)作業(yè)效率并降低安全隱患。
在橋梁全生命數(shù)據(jù)管理方面，摒棄傳統(tǒng)離散化管理模式，建立長(zhǎng)大橋梁數(shù)字化建管與資產(chǎn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整橋全生命數(shù)據(jù)全包絡(luò)，進(jìn)行全過(guò)程材料資產(chǎn)溯源、全生命周期數(shù)字資產(chǎn)管理，可以實(shí)現(xiàn)要素集合分析，幫助提升養(yǎng)護(hù)決策的科學(xué)性，達(dá)成全生命期成本控制與優(yōu)化管理。
