滿 吉 芳

(遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000)

1 提出背景

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，我國橋梁建設(shè)取得了長足的發(fā)展，先后建成了青島海灣大橋、南京大勝關(guān)長江大橋、港珠澳大橋等一大批世界級(jí)水平的橋梁，成為了世界第一橋梁大國。但與國際先進(jìn)水平相比，在設(shè)計(jì)協(xié)同化、建造信息化和運(yùn)管智能化方面還存在著一定的差距。為彌補(bǔ)當(dāng)前橋梁在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)管三個(gè)階段存在的不足，完成由橋梁大國向橋梁強(qiáng)國的歷史性跨越，我國眾多學(xué)者多年來一直致力于智慧橋梁的研究，不斷加強(qiáng)BIM、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)橋梁產(chǎn)業(yè)的深度融合，努力打造標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化的智慧橋梁全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新體系[1]，大力推廣和發(fā)展集智慧設(shè)計(jì)、智慧建造和智慧運(yùn)維于一體的智慧橋梁。

2 智慧橋梁

智慧橋梁以BIM技術(shù)為核心，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)信息技術(shù)為手段，從項(xiàng)目全生命周期角度出發(fā)，搭建面向建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位和運(yùn)管單位的橋梁協(xié)同管理平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)橋梁可視化協(xié)同設(shè)計(jì)、信息化施工建造和智能化運(yùn)管服務(wù)，提升橋梁建設(shè)的信息化和智能化水平，促使橋梁向更智能、更安全、更耐久、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展[2]。智慧橋梁的典型特征和主要功能見表1。

表1 智慧橋梁的典型特征和主要功能

智慧橋梁以BIM技術(shù)為支撐，以實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)，充分利用新一代信息技術(shù)，構(gòu)建協(xié)同管理平臺(tái)，打通設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)管三方間的信息壁壘，實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)信息化、建造工業(yè)化和運(yùn)管智慧化,其總體架構(gòu)如圖1所示。

3 BIM技術(shù)在智慧橋梁建設(shè)各階段的應(yīng)用情況

3.1 智慧設(shè)計(jì)階段

智慧設(shè)計(jì)以BIM技術(shù)為核心，將BIM技術(shù)融入到設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從方案階段到初步設(shè)計(jì)階段，再到施工圖階段，不斷尋找傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的難點(diǎn)、痛點(diǎn)，用BIM的思維探索新的解決方法。

1)可視化方案設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期。利用BIM技術(shù)創(chuàng)建的三維地形地貌模型，可幫助設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確分析橋梁與場地之間的關(guān)系，繼而完成三維空間規(guī)劃設(shè)計(jì)。直觀準(zhǔn)確的三維可視化方案設(shè)計(jì)，幫助人們更詳細(xì)、更直觀、更準(zhǔn)確地了解橋梁，解決了傳統(tǒng)二維方案設(shè)計(jì)中圖紙識(shí)讀工作量大、設(shè)計(jì)意圖表達(dá)不明確、設(shè)計(jì)意圖理解易出現(xiàn)偏差等一系列問題，減少了反復(fù)修改的次數(shù)，縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)省了時(shí)間成本。

2)參數(shù)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率。參數(shù)化設(shè)計(jì)是BIM的核心技術(shù)，BIM模型的參數(shù)化程度決定了設(shè)計(jì)的智能化水平。智慧設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員充分利用Revit軟件，完成參數(shù)化建模，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的通用性和適用性。在此基礎(chǔ)上，調(diào)用Civil3D軟件中的線路設(shè)計(jì)信息(包含橋梁樁號(hào)、高程等信息)，與Revit軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，構(gòu)建Revit簇庫形式的橋梁構(gòu)件庫。最后，設(shè)計(jì)人員從構(gòu)件庫中調(diào)取相關(guān)構(gòu)件，以“搭積木”的方式快速完成橋梁設(shè)計(jì)，建立直觀準(zhǔn)確的三維橋梁信息模型，提高設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

3)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)精度。智慧設(shè)計(jì)為基于BIM平臺(tái)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中，充分利用BIM技術(shù)的三維可視化功能，直觀展示橋梁各個(gè)構(gòu)件的空間關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)的協(xié)同審查；同時(shí)，碰撞檢查功能可實(shí)現(xiàn)不同構(gòu)件的碰撞檢查，解決了二維設(shè)計(jì)中的錯(cuò)、漏、碰、缺問題，大幅度提高了設(shè)計(jì)精度，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4)精確的分析計(jì)算，確保橋梁安全性。智慧設(shè)計(jì)不僅可以提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)精度，而且可以實(shí)現(xiàn)BIM模型與有限元分析軟件的直接對(duì)接，快速、準(zhǔn)確的完成橋梁結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，有效解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中模擬分析不夠準(zhǔn)確的問題，確保了橋梁工程的安全性與穩(wěn)定性。

3.2 智慧施工階段

智慧施工以BIM模型為數(shù)據(jù)支撐，充分利用聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，努力打造數(shù)字化、工業(yè)化、智能化的施工模式，有效解決傳統(tǒng)施工中環(huán)境污染嚴(yán)重、效率低下、管理分散的問題[3]，真正實(shí)現(xiàn)綠色建造，保障施工安全，有效提高工程質(zhì)量。

1)4D虛擬建造，優(yōu)化施工方案。橋梁工程正式施工前，施工單位可利用BIM技術(shù)進(jìn)行4D虛擬建造，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化施工技術(shù)方案，提高施工效率。同時(shí)，優(yōu)化場地布置，確保構(gòu)件有序進(jìn)場，合理堆放，提升安全文明施工水平。2)數(shù)字化施工，提高施工效率。針對(duì)橋梁施工中的關(guān)鍵工序，使用智能化控制系統(tǒng)，開展數(shù)字化施工，減少人為干預(yù)，提高施工自動(dòng)化水平。同時(shí)，借助互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，及時(shí)以數(shù)字化方式采集、分析、存儲(chǔ)施工過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和重要信息，實(shí)時(shí)把控施工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定施工質(zhì)量與施工過程可追溯的目標(biāo)。3)信息化管理，實(shí)現(xiàn)多維度管理。為彌補(bǔ)傳統(tǒng)項(xiàng)目管理的不足，依托BIM模型，構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的多維度信息化管理平臺(tái)。集成海量橋梁數(shù)據(jù)，筑起一道道施工紅線，智能發(fā)現(xiàn)異常指標(biāo)，實(shí)時(shí)提醒管理人員，實(shí)現(xiàn)了橋梁施工的信息化管理，確保了施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本的多維度控制。多維度信息化管理平臺(tái)的功能如表2所示。

表2 多維度信息化管理平臺(tái)功能

3.3 智慧管養(yǎng)階段

智慧管養(yǎng)充分利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，開發(fā)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)檢測車、無人機(jī)、機(jī)器人等智能化檢測設(shè)備獲取的橋梁狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行海量數(shù)據(jù)分析、識(shí)別與評(píng)估，實(shí)時(shí)掌握橋梁“服役”狀態(tài)，為管養(yǎng)及病害整治提供智慧化服務(wù)。

1)智慧化管養(yǎng)，提高管養(yǎng)水平。基于BIM技術(shù)的運(yùn)維管理服務(wù)平臺(tái)，完成了橋梁設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維三階段的數(shù)據(jù)信息集成，解決了傳統(tǒng)管理中信息分散、缺失等問題，實(shí)現(xiàn)了信息化管理。同時(shí)，將以人工巡檢為主的經(jīng)驗(yàn)型運(yùn)維管理轉(zhuǎn)變?yōu)橐詳?shù)據(jù)為支持的智慧化精細(xì)管理，提升運(yùn)維管理水平的智慧化和精細(xì)化程度，為實(shí)施更高效、更便捷的智慧運(yùn)維管理提供了保障。2)可視化監(jiān)測，提升管養(yǎng)質(zhì)量。通過檢測車、無人機(jī)及機(jī)器人巡檢，及時(shí)采集橋梁狀態(tài)參數(shù)和病害信息，并實(shí)時(shí)上傳至橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，完成橋梁“全面體檢”，實(shí)現(xiàn)“體檢檔案”可持續(xù)追蹤。針對(duì)“體檢”中發(fā)現(xiàn)的病害，關(guān)聯(lián)相應(yīng)的整治措施，形成完善的橋梁病害庫。對(duì)于新病害，可通過專家遠(yuǎn)程“會(huì)診”的方式，形成“治療”方案，并及時(shí)導(dǎo)入病害庫，為后期同類病害的整治提供參考和借鑒。此外，BIM技術(shù)可直觀展示病害的位置和狀態(tài)，并可模擬預(yù)測病害的發(fā)展態(tài)勢(shì)，為病害預(yù)防和整治提供依據(jù)和幫助。3)災(zāi)難模擬分析，為橋梁安全保駕護(hù)航。我國是一個(gè)自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，洪水、泥石流、地震等自然災(zāi)害嚴(yán)重威脅著橋梁結(jié)構(gòu)的安全。為此，充分利用BIM及相應(yīng)災(zāi)害分析模擬軟件，識(shí)別各種自然災(zāi)害，模擬災(zāi)害發(fā)生的過程，制定自然災(zāi)害防治緊急預(yù)案，為橋梁安全保駕護(hù)航。同時(shí)，真實(shí)反映災(zāi)后橋梁的狀態(tài)，為災(zāi)后橋梁維修加固提供重要依據(jù)。

4 結(jié)語

智慧橋梁彌補(bǔ)了當(dāng)前橋梁在設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)維三個(gè)階段存在的不足，提升了橋梁建設(shè)的信息化和智能化水平，促使橋梁向更智能、更安全、更耐久、更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。橋梁大國終將成為橋梁強(qiáng)國，集智慧設(shè)計(jì)、智慧建造和智慧管養(yǎng)為一體的智慧橋梁是橋梁發(fā)展的必然趨勢(shì)。