文/ 東南大學(xué) 羅桑
蘇交科集團(tuán)股份有限公司檢測(cè)研究院 朱曉文
柳州黔橋工程材料有限公司 肖云
東南大學(xué)提出了“一全、兩保、三優(yōu)”的BIM公路工程全生命周期集成概念:“一全”是指,全過(guò)程的信息化與智慧化的模型可追蹤;“兩?!笔潜U咸岣吖芾硭?、保證安全質(zhì)量,這也是BIM在公路工程中最重要的兩個(gè)方面;“三優(yōu)”是優(yōu)管理、優(yōu)進(jìn)度、優(yōu)成本,在保障安全的前提條件下,不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié),這是更高一級(jí)的目標(biāo)。
全過(guò)程可追蹤重點(diǎn)依靠的是將構(gòu)件信息、狀態(tài)信息編碼輸入BIM模型,實(shí)現(xiàn)全壽命周期信息追蹤。信息的編碼就類(lèi)似于身份證,從出生開(kāi)始伴隨一生。針對(duì)橋梁工程的“身份證”,設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維環(huán)節(jié)全面介入,比如施工過(guò)程,通過(guò)信息編碼追蹤預(yù)制、吊裝等,吊裝到某位置成橋后,在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中如果發(fā)生破壞或其他問(wèn)題,需要快速更換,這時(shí)就可以通過(guò)以往記錄的所有信息輕松操作完成。
針對(duì)復(fù)雜的施工工藝和工序而言,信息編碼可以發(fā)揮直觀(guān)教學(xué)的作用。比如并沒(méi)有熟練掌握節(jié)段鋼箱梁頂推工藝的施工方,通過(guò)閱讀文本的方法可能無(wú)法全面理解搭設(shè)、運(yùn)輸、頂推、拼裝等各個(gè)環(huán)節(jié)的施工要點(diǎn),但如果通過(guò)三維可視化的方式精細(xì)化地展示,就非常容易理解和掌握了。這對(duì)于后期施工質(zhì)量的控制和保障,效果也將很明顯。
在保障工程質(zhì)量方面,BIM模型可以全部導(dǎo)入到方案集成庫(kù),設(shè)置一些控制點(diǎn),實(shí)時(shí)反映坐標(biāo)位置。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù),可以對(duì)施工過(guò)程中的操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行快速化的復(fù)檢。比如,在一座跨航道拱橋的工程檢驗(yàn)中,用激光點(diǎn)云掃描儀進(jìn)行了全橋的激光掃描,形成了相應(yīng)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型,精度可高達(dá)0.1毫米。通過(guò)掃描設(shè)計(jì)之初繪制的二維設(shè)計(jì)圖,得到了現(xiàn)在的三維立體模型圖。最后,將實(shí)橋采集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型和三維立體模型疊加,得到了第四張圖——全息數(shù)據(jù)模型。目前,通過(guò)現(xiàn)有的技術(shù),在工程檢驗(yàn)中只能發(fā)現(xiàn)哪根樁沉降或偏差了多少毫米,但無(wú)法得到全橋的所有偏差位置數(shù)據(jù)?,F(xiàn)在,通過(guò)激光定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度快速?gòu)?fù)檢,大幅提高竣工質(zhì)量檢驗(yàn)分析的效率。
無(wú)人機(jī)實(shí)景采集,實(shí)施監(jiān)督施工進(jìn)展,不斷優(yōu)化工程進(jìn)度。
預(yù)制構(gòu)件中置入RFID芯片,實(shí)現(xiàn)全程追溯式的管理。
基于三維模型完成事前場(chǎng)布模擬,保證場(chǎng)布方案最優(yōu)。
用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)從紙質(zhì)文檔到電子檔案的升級(jí),可優(yōu)化工程管理。
三維可視化手段還可以保障工程全過(guò)程的安全,比如在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),可以實(shí)現(xiàn)事前視距模擬,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。另外,可以取代人工計(jì)算受力點(diǎn)這一傳統(tǒng)方式,比如,在鋼箱梁頂推環(huán)節(jié)埋設(shè)臨時(shí)支架,搭建光纖傳感體系,對(duì)其進(jìn)行24小時(shí)不間斷地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),將動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的信息實(shí)時(shí)反映到三維BIM模型中,針對(duì)不同工況開(kāi)展反復(fù)的力學(xué)核算,保證在施工過(guò)程中,各構(gòu)件的受力在可控范圍之內(nèi)。
在優(yōu)化進(jìn)度方面,通過(guò)無(wú)人機(jī)等定期對(duì)橋梁實(shí)景模型區(qū)域,進(jìn)行圖像和GIS數(shù)據(jù)采集,基于采集到的項(xiàng)目是不同建設(shè)時(shí)期的實(shí)景模型,可以直觀(guān)地展現(xiàn)項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的實(shí)際施工進(jìn)度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)滯后的關(guān)鍵施工點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)不斷優(yōu)化工程進(jìn)度。而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)度優(yōu)化上,可以做到多專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)碰撞事前檢測(cè),發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理后,立即修改BIM模型,避免返工,節(jié)省人工和材料成本。
在進(jìn)度優(yōu)化中,通過(guò)RFID智能芯片技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全程追溯式的管理。比如,將芯片置于跨海大橋的預(yù)制構(gòu)件中,將構(gòu)件什么時(shí)候吊裝、吊裝在何處等信息全部讀寫(xiě)到芯片中,從預(yù)制工程到吊裝現(xiàn)場(chǎng),不必再次一一核對(duì),只需讀取相關(guān)信息,就可以開(kāi)展高效的運(yùn)輸、吊裝、拼接等。同時(shí),利用RFID技術(shù)采集供應(yīng)鏈的最新構(gòu)件狀態(tài)信息,判斷構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)展處于提前、滯后或正常,發(fā)現(xiàn)進(jìn)度偏差,生成進(jìn)度報(bào)表。
在成本優(yōu)化方面,通過(guò)一鍵式工程量統(tǒng)計(jì),將工程計(jì)量失誤率縮小至正負(fù)0.2%(我國(guó)《建設(shè)工程造價(jià)咨詢(xún)成果文件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定,竣工結(jié)算審查結(jié)果綜合誤差率應(yīng)小于3%)。還可以通過(guò)BIM物料清單智能輸出套料圖,代替人工排版,提高鋼材使用率,大幅縮短下料時(shí)間,提高生產(chǎn)率。
在優(yōu)化工程管理方面,BIM技術(shù)也能發(fā)揮重要作用。通過(guò)施工場(chǎng)景布設(shè)模擬,基于模型完成施工現(xiàn)場(chǎng)總平面布置;模擬機(jī)械設(shè)備、材料進(jìn)場(chǎng)模擬、施工機(jī)械模擬、臨時(shí)設(shè)施模擬等施工組織模擬。按節(jié)點(diǎn)或階段調(diào)整施工場(chǎng)布BIM模型,真實(shí)反映工況。最終,提前預(yù)知難點(diǎn)問(wèn)題,找到最優(yōu)方案,保證現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)布最優(yōu)。
在管理過(guò)程中,以往的清單都是紙質(zhì)化的,不便于流轉(zhuǎn)和更新。而B(niǎo)IM技術(shù)可改變傳統(tǒng)工程信息檔案管理方式,使管理更加協(xié)同、高效、智能。
截至目前,我國(guó)公路橋梁已有83.25萬(wàn)座,于10月23日通車(chē)的港珠澳大橋成為中國(guó)躋身橋梁強(qiáng)國(guó)的重要名片。蘇交科集團(tuán)承擔(dān)了港珠澳大橋內(nèi)地段橋梁試驗(yàn)檢測(cè)的任務(wù),建立了港珠澳大橋主體工程試驗(yàn)檢測(cè)中心,也是中國(guó)首個(gè)取得CMA認(rèn)證資格的工地試驗(yàn)室,依靠信息化的技術(shù)提升管理質(zhì)量。
試驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)檢測(cè)云系統(tǒng)整合了蘇交科的技術(shù)資源和管理資源。管理試驗(yàn)手冊(cè)的參數(shù)有近500個(gè),其中70多個(gè)可以自動(dòng)采集,其他需要人工采集的數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)端及時(shí)錄入到系統(tǒng)中。一旦錄入系統(tǒng),就不可更改。
檢測(cè)報(bào)告從原始記錄、編制、審批到簽發(fā),都是在系統(tǒng)中完成。這一過(guò)程中,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還將對(duì)整個(gè)檢測(cè)報(bào)告的生成過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的透明。
試驗(yàn)檢測(cè)信息化管理技術(shù)-試驗(yàn)檢測(cè)云系統(tǒng)
聲光成像橋梁結(jié)構(gòu)水下檢測(cè)技術(shù)導(dǎo)出的3D影像
病害圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù),其中,紅框表示裂縫,綠框表示腐蝕,藍(lán)框表示破損。
基于磁致伸縮導(dǎo)波的拉吊索斷絲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用原理
組圖:蘇交科和哈工大正在聯(lián)合開(kāi)展采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的異常數(shù)據(jù)自動(dòng)探測(cè)技術(shù)
云系統(tǒng)在蘇交科所承擔(dān)橋梁項(xiàng)目的建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期已經(jīng)積累了海量數(shù)據(jù),具備了一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能,如此一來(lái),數(shù)據(jù)不再只能形成簡(jiǎn)單的檢測(cè)報(bào)告,還可以對(duì)原材料、設(shè)計(jì)方案、施工隊(duì)伍的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)估。隨著數(shù)據(jù)不斷積累,數(shù)據(jù)挖掘的不斷深入,在未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)編制和信用評(píng)價(jià)方面,可以提供更新的數(shù)據(jù)。
云系統(tǒng)中的室內(nèi)試驗(yàn)樣品是通過(guò)條碼來(lái)標(biāo)識(shí)的,可以避免檢測(cè)人員不了解樣品信息的可能,一定程度上也可以防止造假。管理者或業(yè)主通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)掃描,借助互聯(lián)網(wǎng),跟系統(tǒng)發(fā)生信息交互,實(shí)時(shí)了解樣品流轉(zhuǎn)到哪一環(huán)節(jié)、隨時(shí)查詢(xún)檢測(cè)報(bào)告的內(nèi)容。
云系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域不僅僅是公路交通行業(yè),在其他工程行業(yè)也可以根據(jù)不用標(biāo)準(zhǔn)訂制不同的輸出表單。
在云系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,未來(lái)還希望打造基于云計(jì)算的平臺(tái),多家檢測(cè)單位共享,依托平臺(tái)開(kāi)展檢測(cè)工作,通過(guò)遠(yuǎn)程托管的方式,將一部分工作交付給第三方,成為面向全行業(yè)的檢測(cè)監(jiān)測(cè)“E平臺(tái)”。
除了服役港珠澳大橋的云系統(tǒng)之外,遠(yuǎn)距離非接觸外觀(guān)檢測(cè)技術(shù)也應(yīng)用于橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)采用遠(yuǎn)距離視覺(jué)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)或無(wú)人機(jī)懸停觀(guān)測(cè),可以快速檢測(cè)病害、安全性高,已經(jīng)在貴州烏江大橋等工程上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。這項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡、高精度相機(jī)拍攝高清晰度照片,通過(guò)測(cè)距儀得到鏡頭和拍攝對(duì)象之間的距離,通過(guò)計(jì)算并結(jié)合照片,得出對(duì)象的精確尺寸,比如,用于遠(yuǎn)距離觀(guān)察裂縫等。
針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)在水下?tīng)顩r的檢測(cè),聲光成像水下檢測(cè)技術(shù)可以突破困局。據(jù)美國(guó)聯(lián)邦公路局近年統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示,水毀導(dǎo)致的橋梁倒塌占比較高,以往使用人工觸探方式的過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)不具備橋梁檢測(cè)監(jiān)測(cè)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的潛水員無(wú)法和專(zhuān)業(yè)人士溝通,同時(shí)在下潛的過(guò)程中還造成了水混,影響檢測(cè)效果,即使借助探桿等器具,檢測(cè)精度起伏也很大。通過(guò)不斷實(shí)踐,觀(guān)察型的水下機(jī)器人被開(kāi)發(fā)出來(lái),它全重11千克便于攜帶;采用1080P高清攝像模組及LED燈,可清楚顯示結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié);最大作業(yè)水深100米,流速每秒1.5米,適應(yīng)性好;同時(shí),它還實(shí)現(xiàn)了智能化航行:優(yōu)化算法控制,可定向或定深航行,也可手動(dòng)控制航行。目前已經(jīng)應(yīng)用于南京長(zhǎng)江三橋和連云港白塔大橋。
另外,水下檢測(cè)通過(guò)聲吶技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)在冰雪覆蓋或深夜環(huán)境下,不受光照影響,正常作業(yè)。同時(shí)水下檢測(cè)物表面覆蓋的青苔水草等誤導(dǎo)檢測(cè)的情況,也可以被屏蔽掉。
除此之外,病害圖像自動(dòng)識(shí)別技術(shù)解決了主觀(guān)辨識(shí)海量圖像信息的誤差較大、工作效率低等問(wèn)題?;诖胖律炜s導(dǎo)波的拉吊索斷絲檢測(cè)技術(shù),解決了傳統(tǒng)方法中拉吊索斷絲可能造成巨大安全隱患,效率低、精度差等問(wèn)題,提升斷絲檢測(cè)效率40倍,精度達(dá)到1.6%的截面損失率。在瞬時(shí)索力精準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)問(wèn)世之前,重車(chē)通過(guò)時(shí),無(wú)法測(cè)到索力極值,平時(shí)的監(jiān)測(cè)索力也是一段時(shí)間的近似平均值,無(wú)法做到有效的報(bào)警和對(duì)突發(fā)事件的安全評(píng)估,這些問(wèn)題都在新技術(shù)應(yīng)用后,得到大幅改善和根本性的解決。
預(yù)應(yīng)力是橋梁的神經(jīng)系統(tǒng)。張拉及壓漿屬于隱蔽性施工工藝,極易帶來(lái)隱患性后果,張拉和壓漿都是橋梁建設(shè)中最重要的環(huán)節(jié)之一,其施工質(zhì)量關(guān)系到工程質(zhì)量及國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。
采用智能張拉和壓漿,目的是通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù),結(jié)合施工規(guī)范使張拉和壓漿過(guò)程按設(shè)計(jì)的流程和參數(shù)進(jìn)行,從而提高工程質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中,據(jù)有關(guān)部門(mén)調(diào)查,因智能張拉及壓漿設(shè)備市場(chǎng)產(chǎn)品混亂,仍存在非常突出問(wèn)題,很多設(shè)備根本不具備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能,如數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重、準(zhǔn)確性低、滯后時(shí)間長(zhǎng);有的產(chǎn)品采用參數(shù)終端設(shè)定,造成張拉和壓漿后所有的數(shù)據(jù)都合格的假象;甚至由于無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控,有不良單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改造假,從而造成極大的質(zhì)量和安全隱患。
但針對(duì)上述弊端,柳州黔橋工程材料有限公司基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù),結(jié)合橋梁預(yù)應(yīng)力施工特點(diǎn),開(kāi)發(fā)了云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng),并建立了預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)。
云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)技術(shù)具有很多創(chuàng)新點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)橋梁工程智能化施工和信息化管理,滿(mǎn)足如下條件:一是施工設(shè)備產(chǎn)品要符合施工要求并具有高度智能化,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、自動(dòng)整理和自動(dòng)傳輸功能;二是根據(jù)不同橋梁信息,開(kāi)發(fā)橋梁唯一身份識(shí)別系統(tǒng)。同時(shí),系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)施工過(guò)程中實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至云平臺(tái)管理。實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力張拉及壓漿質(zhì)量管理的過(guò)程控制,實(shí)時(shí)監(jiān)控,質(zhì)量預(yù)警,能及時(shí)進(jìn)行質(zhì)量分析。利用信息化管理系統(tǒng)極大程度減小人為介入的數(shù)據(jù)流失及錯(cuò)誤幾率。實(shí)現(xiàn)張拉、壓漿數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集、傳輸并實(shí)時(shí)生成報(bào)表、曲線(xiàn)等功能。
預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在:平臺(tái)通過(guò)建立工程施工信息數(shù)據(jù)庫(kù)、施工數(shù)據(jù)采集和管理模塊,將現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至云服務(wù)器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)用和集成,減少人工介入的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤幾率,同時(shí)平臺(tái)可自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算和分析,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量狀況的分析和預(yù)警。用戶(hù)通過(guò)瀏覽器根據(jù)其權(quán)限即可查看、分析、下載、打印相應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督等各部門(mén)之的信息實(shí)時(shí)交互,既可進(jìn)行質(zhì)量控制和追溯,避免施工數(shù)據(jù)造假,又可利用數(shù)據(jù)為類(lèi)似建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工提供參考,更可為今后橋梁運(yùn)營(yíng)階段的管養(yǎng)提供原始數(shù)據(jù),從而提高施工質(zhì)量及施工管理水平。
預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)界面
目前,云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)大量推廣應(yīng)用,預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)已在貴州、云南、廣東、重慶等多個(gè)省市的數(shù)十條高速公路得到了成功應(yīng)用,深獲用戶(hù)好評(píng)。特別是在貴州,平臺(tái)被接入貴州省交通工程質(zhì)量監(jiān)督局“基于大數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量安全監(jiān)督管理平臺(tái)”,成為貴州品質(zhì)工程的重要組成部分。
預(yù)應(yīng)力智能張拉與壓漿信息化管理平臺(tái)和云智能張拉、壓漿產(chǎn)品,解決了傳統(tǒng)橋梁預(yù)應(yīng)力施工工藝存在的過(guò)程監(jiān)控困難、質(zhì)量難以保證的弊端,能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確將施工數(shù)據(jù)采集并上傳,提供信息資源的共享及傳遞,能有效地對(duì)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控,確保預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量滿(mǎn)足相關(guān)國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求,從而消除質(zhì)量隱患,確保工程結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性,杜絕因張拉和壓漿質(zhì)量不合格造成的工程事故,保障國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全,對(duì)促進(jìn)我國(guó)預(yù)應(yīng)力技術(shù)的進(jìn)步和工程發(fā)展具有重要的意義。同時(shí)該平臺(tái)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集模式節(jié)省了人工收集和錄入的大量時(shí)間和人力成本,豐富且可共享的數(shù)據(jù)還可為同類(lèi)項(xiàng)目提供指導(dǎo)和參考,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益突出。
扣錨索自動(dòng)連續(xù)預(yù)緊系統(tǒng)
扣索索力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)
扣塔偏移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)