趙亮

（中國(guó)水利水電第七工程局有限公司）

1 提出背景

近年來(lái)，伴隨著城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加快，人們對(duì)城市交通的要求越來(lái)越高，不僅對(duì)其質(zhì)量水平、安全程度及外形設(shè)計(jì)有了要求，甚至更加注重其智能化應(yīng)用水平及為生產(chǎn)生活所帶來(lái)的便利性。城市橋梁作為公共建筑，與人們的生產(chǎn)生活密切關(guān)聯(lián)，尤其是在工業(yè)化發(fā)展的背景下，橋梁成為城市交通的生命通道、安全通道，承擔(dān)著重要的運(yùn)輸職責(zé)，更是一個(gè)城市的發(fā)展名片和對(duì)外標(biāo)志。

橋梁是基建不可或缺的交通組成部分，但是橋梁的異常、變形等狀況在橋梁崩塌之前，憑借肉眼是很難甄別出來(lái)的。隨著技術(shù)的發(fā)展，完全可以實(shí)現(xiàn)智慧橋梁，隨時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的安全，一旦異常，則立即短信、監(jiān)控中心、微信、語(yǔ)音告警，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)警示。但從目前來(lái)看，數(shù)字化+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入橋梁施工工程的各項(xiàng)管理活動(dòng)當(dāng)中，但是各個(gè)階段還處于較為獨(dú)立的狀態(tài)，沒有較好地實(shí)現(xiàn)貫通，信息不能有效共享，甚至在傳遞的過(guò)程中出現(xiàn)信息泄露現(xiàn)象，不利于橋梁全過(guò)程、全流程地高效管理。具體來(lái)說(shuō)，在信息載體方面采用更多的是二維模型圖紙，并不利于理解、儲(chǔ)存、傳遞；在施工的具體工序上，沒有完全利用高科技化、信息化的工具，造成施工的效率非常低下，更容易受到人為因素的制約和影響，導(dǎo)致各階段、各工程隊(duì)在施工中的信息溝通不流暢、協(xié)調(diào)處理能力滯后，施工問題頻頻發(fā)生。尤其是在后期的運(yùn)營(yíng)、管理、養(yǎng)護(hù)方面，存在“重建設(shè)，輕管理”的現(xiàn)象，更多采取人工運(yùn)管的方式進(jìn)行，而且檢查的頻率較低，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)有效動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理，無(wú)法實(shí)時(shí)掌握及預(yù)測(cè)橋梁有關(guān)情況，對(duì)橋梁的故障預(yù)警、識(shí)別、維修等管理上存在很強(qiáng)的滯后性[1]。

2 智慧橋梁

2.1 數(shù)字化+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及BIM技術(shù)概述

目前，各行各業(yè)都已經(jīng)開始提出數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的理念。具體來(lái)說(shuō)，就是發(fā)展新的技術(shù)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為代表，具備更佳的通信性能、感知性能、自動(dòng)化性能、人工智能性能、云計(jì)算性能等，可以將大數(shù)據(jù)的收集、采集、清除、整合、處理、應(yīng)用貫穿一體，真正發(fā)揮數(shù)據(jù)的有效價(jià)值和作用。其中，BIM技術(shù)就是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理的數(shù)據(jù)化工具，它將“數(shù)字化+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”應(yīng)用到建筑工程領(lǐng)域中，主要以三維圖像為特征，利用數(shù)字化技術(shù)，建立符合實(shí)際、完整的建筑工程信息庫(kù)，從而進(jìn)行電腦輔助設(shè)計(jì)，提升工作效率、節(jié)約資源、降低建設(shè)成本，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。該技術(shù)具備可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特征。近年來(lái)，國(guó)家相繼出臺(tái)了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》等，都明確提出要加大BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)在建筑領(lǐng)域全過(guò)程、全壽命周期的創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行維護(hù)等階段的信息互聯(lián)互通，提高信息化檢測(cè)的水平，推動(dòng)建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈資源的有效配置[2]。尤其是伴隨我國(guó)公路橋梁數(shù)目的不斷增多，其結(jié)構(gòu)會(huì)逐漸呈現(xiàn)出老化的狀態(tài)，安全風(fēng)險(xiǎn)隱患會(huì)越來(lái)越大，因此，如何利用數(shù)字化、智慧化、網(wǎng)絡(luò)化、電子化手段提升橋梁的運(yùn)行與維護(hù)效率，降低或者消除橋梁事故隱患，進(jìn)而確保橋梁質(zhì)量穩(wěn)定可靠，是我們當(dāng)前研究的重點(diǎn)所在。

2.2 智慧橋梁相關(guān)概述

目前，數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的理念已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，建筑領(lǐng)域也不例外，也開始朝著智慧化管理的方向進(jìn)行發(fā)展。本文研究的是智慧橋梁，而所謂的智慧橋梁就是通過(guò)傳統(tǒng)建設(shè)技術(shù)與智慧技術(shù)的融合發(fā)展，將標(biāo)準(zhǔn)性、智能性、綠色環(huán)保性作為標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建起全產(chǎn)業(yè)鏈條全生命周期的橋梁建設(shè)管理體系，建立開放性、集約型智慧橋梁協(xié)同管理平臺(tái)系統(tǒng)。在運(yùn)維階段主要通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)，打破各階段、各部門、各主體之間的信息壁壘，進(jìn)而進(jìn)行全面感知、互聯(lián)互通、分析融合、有效應(yīng)用，對(duì)橋梁的運(yùn)行與維護(hù)工作進(jìn)行多方面、全過(guò)程的快速反應(yīng)，進(jìn)而確保橋梁安全[3]。當(dāng)前，雖然我國(guó)在橋梁建設(shè)方面的資金投入非常大，但是在其后期的運(yùn)行與維護(hù)方面所給予的關(guān)注度并不夠，投入的費(fèi)用是非常少的，而如果一些問題沒有得到及時(shí)處理，如細(xì)小的裂縫、鋼筋腐蝕等，長(zhǎng)此以往就會(huì)使橋梁的結(jié)構(gòu)遭到破壞，產(chǎn)生的損失也是無(wú)法預(yù)料的。此外，傳統(tǒng)的橋梁運(yùn)行與維護(hù)存在運(yùn)維人員總體素質(zhì)偏低、缺乏推廣新技術(shù)動(dòng)力、運(yùn)維效率低下等問題。因此，橋梁在后期運(yùn)行與維護(hù)階段的管理至關(guān)重要，將BIM技術(shù)等數(shù)字化手段應(yīng)用到該環(huán)節(jié)是顯得尤為迫切。

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

本文將研究的重點(diǎn)主要放在BIM技術(shù)在智慧橋梁運(yùn)行與維護(hù)階段的應(yīng)用上，對(duì)設(shè)計(jì)、施工階段也進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

3.1 智慧設(shè)計(jì)階段

在智慧設(shè)計(jì)階段，先要依據(jù)國(guó)家及地方的相關(guān)設(shè)計(jì)建造標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建一套標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的智慧橋梁BIM應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系、過(guò)程性的操作指南，為后續(xù)各個(gè)階段、流程的順暢運(yùn)行及管理打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。然后，對(duì)照橋梁二維設(shè)計(jì)圖紙，借助BIM技術(shù)構(gòu)建三維橋梁模型，主要任務(wù)就是通過(guò)參數(shù)化建模、構(gòu)件庫(kù)與模型庫(kù)的構(gòu)建、BIM與軟件的對(duì)接等來(lái)實(shí)現(xiàn)橋梁設(shè)計(jì)的智慧化，可有效避免繪圖的錯(cuò)誤。然后，要將建成的BIM模型與相關(guān)聯(lián)的第三方分析軟件進(jìn)行有效無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)高質(zhì)量、高速度的傳遞。

3.2 智慧施工階段

首先，要建立臨時(shí)工程。鑒于橋梁建設(shè)的位置特殊、環(huán)境復(fù)雜，可以結(jié)合BIM技術(shù)模型將橋梁結(jié)構(gòu)和周邊的環(huán)境等實(shí)際情況全部考慮進(jìn)去，建好臨時(shí)工程，為后續(xù)施工奠定好基礎(chǔ)。其次，在橋梁施工前期，需要對(duì)管線進(jìn)行遷改，可以充分利用BIM技術(shù)，在系統(tǒng)中構(gòu)建一個(gè)專門的對(duì)外協(xié)調(diào)管線遷改部門，統(tǒng)籌安排好管線空間位置，制作管線三維圖紙等，避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)碰撞，加快施工進(jìn)度。同時(shí)，預(yù)留好管線預(yù)埋孔洞。此外，提前設(shè)定好相關(guān)的專項(xiàng)管理制度，明確部門及人員職責(zé)、管線遷改的流程等，嚴(yán)格按照系統(tǒng)中的科學(xué)指導(dǎo)進(jìn)行操作、錄入，及時(shí)化解各個(gè)專業(yè)部門之間的矛盾，提升施工效率。然后，在施工前的交通組織方面，要通過(guò)BIM系統(tǒng)科學(xué)有效做好交通組織方案，要包含總體原則、編制依據(jù)、組織方案、交通安全保證措施、保持交通安全暢通的應(yīng)急預(yù)案等，盡最大可能確保橋梁工程順利按期完成。最后要依據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、安全、成本等施工信息的采集、存儲(chǔ)、分析和反饋，對(duì)物料、設(shè)備等資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)管控，獲取有效施工信息，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量的追蹤，并為竣工驗(yàn)收資料的交付提供基礎(chǔ)。

3.3 智慧管養(yǎng)階段

3.3.1 智慧系統(tǒng)建設(shè)階段

要借助互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，搭建基于車—線—橋的數(shù)字化管養(yǎng)系統(tǒng)，集成智能巡檢、病害庫(kù)和知識(shí)庫(kù)管理等模塊，建立數(shù)字孿生BIM橋梁資產(chǎn)模型，關(guān)聯(lián)全量全要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)模型的可視化特征，比如可以完全實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁日景、夜景、圖紙文檔及屬性信息的智能化管理。綜合設(shè)計(jì)、施工、聯(lián)調(diào)聯(lián)試等信息，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和深度挖掘。同時(shí)，要結(jié)合相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，梳理并構(gòu)建橋梁結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)的基本指標(biāo)體系，最終實(shí)現(xiàn)基于“狀態(tài)修”的智慧管養(yǎng)體系。

3.3.2 智慧系統(tǒng)監(jiān)測(cè)預(yù)警

要充分利用BIM技術(shù)，在科學(xué)評(píng)估的基礎(chǔ)上，做好人工的巡檢、問題庫(kù)的建立、專家的會(huì)商、動(dòng)態(tài)的維修加固等工作，確保建造好橋梁，實(shí)現(xiàn)智慧、高效、科學(xué)地運(yùn)營(yíng)。最重要的就是要做好遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，在傳感器數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析、傳感器狀態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警、AI智能報(bào)警、問題快速定位、輔助運(yùn)維決策方面下足功夫。要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)橋梁的日常運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)收集、分析、處理，做到科學(xué)有效評(píng)估。一方面，可以充分利用三維模型進(jìn)行漫游審查，通過(guò)第三人視角及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁運(yùn)行缺陷和問題，加快彌補(bǔ)。另一方面，在人工巡檢方面，要在相關(guān)部門現(xiàn)場(chǎng)檢查的過(guò)程中運(yùn)用智能設(shè)備做好數(shù)據(jù)收集、動(dòng)態(tài)及時(shí)上傳，及時(shí)精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)橋梁?jiǎn)栴}。在建立問題庫(kù)方面，要對(duì)收集回來(lái)的問題進(jìn)行科學(xué)有效的劃分，有層次性、針對(duì)性、流程性地進(jìn)行個(gè)性化處理，明確職責(zé)分工，按照輕重緩急、有條不紊地原則進(jìn)行維修加固管護(hù)。針對(duì)一些疑難雜癥，可以通過(guò)專家遠(yuǎn)程會(huì)診的方式，及時(shí)協(xié)商解決，并形成良性循環(huán)。同時(shí)，結(jié)合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建智慧管養(yǎng)體系。

3.3.3 智慧交通流量疏導(dǎo)與輔助執(zhí)法

數(shù)字化技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧橋梁的基本運(yùn)維效果，還能對(duì)經(jīng)過(guò)橋梁的實(shí)時(shí)車流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，對(duì)虛擬車流進(jìn)行逼真還原，一旦車流超限就會(huì)立即出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，在橋梁道路出現(xiàn)擁堵的情況下，也會(huì)出現(xiàn)預(yù)警信號(hào)，確保橋梁的交通流量控制在合理的范圍之內(nèi)，進(jìn)一步提高人們的交通便利性及生活滿意度。此外，通過(guò)橋梁上的線圈稱重和可視化監(jiān)控等技術(shù)，動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)橋梁上的違章違法損害橋梁的行為，通過(guò)對(duì)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的分析，及時(shí)組織和調(diào)度橋梁管理執(zhí)法力量，開展聯(lián)合執(zhí)法，對(duì)相關(guān)違法違規(guī)行為進(jìn)行查處，真正筑牢橋梁安全屏障，進(jìn)一步保障橋梁的健康運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在交通業(yè)迅速發(fā)展的今天，人們的出行需求越來(lái)越多，對(duì)橋梁的質(zhì)量安全、美觀效果有了更高的要求。為了進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)橋梁行業(yè)的健康發(fā)展，就必須走智慧橋梁的道路，充分應(yīng)用BIM等“數(shù)據(jù)化+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，貫穿于橋梁設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)維管理整個(gè)階段，尤其是運(yùn)維管理階段，從而助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)從橋梁大國(guó)向橋梁強(qiáng)國(guó)的躍升。