目前，我國交通路網(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,我國公路橋梁總數(shù)已經(jīng)超過90萬座，其中長大橋梁總數(shù)達到135座，成為名副其實的橋梁大國，在世界前十大跨徑斜拉橋、懸索橋中，我國分別占有7座和6座，橋梁建設(shè)與養(yǎng)護水平處于世界領(lǐng)先地位。進一步提高橋梁建設(shè)與養(yǎng)護質(zhì)量，實現(xiàn)橋梁長久高水平服務(wù)，為公眾提供更加暢通的交通通道、更加舒適的交通體驗，是每一位交通人應(yīng)承擔的責任，也是時代所需、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)護管理的精細化升級提供了很好的借鑒作用。如在醫(yī)療領(lǐng)域，要想保障每一個公民長期健康，就需要建立公民病歷檔案查詢平臺，并采取定期的健康體檢，準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維管理的轉(zhuǎn)型之路成為熱點。借鑒健康體檢理論，建立橋梁全生命周期“體檢庫”，提高橋梁全面體檢的方法與手段，實現(xiàn)更加準確的隱患識別與診斷決策，對于時刻保持橋梁的“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，如何提高橋梁檢測效率與精度，如何對橋型復雜多樣、服役時間長的各類橋梁進行差異化管理與預防型決策，是轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的建管養(yǎng)思路，實現(xiàn)橋梁智能建管養(yǎng)轉(zhuǎn)型亟需解決的問題。
突破與創(chuàng)新
我國《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》中提出“堅持創(chuàng)新核心地位，注重科技賦能。推進交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、網(wǎng)聯(lián)化，提升交通運輸指揮發(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。針對橋梁的建管養(yǎng)需求，筆者在施工管控、監(jiān)測預警、養(yǎng)護決策三個方面，開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，工程采用單向多點頂推施工方式，面臨著拼裝線形與支點標高精度要求高、安全防護要求高等難點。針對項目工程特點，需建立橋梁結(jié)構(gòu)高精度BIM模型，如圖1所示，完成項目構(gòu)件信息數(shù)據(jù)庫的搭建。
所搭建的BIM模型可以為造價人員提供造價編制所需的項目構(gòu)件信息，大幅提升了工程量的計算工作效率與計量精度。例如在項目用鋼計量分析中，采用設(shè)計圖紙統(tǒng)計的鋼材質(zhì)量不包括過人孔的開孔消耗質(zhì)量。結(jié)合具體的構(gòu)件加工作業(yè)特點，通過BIM模型分析得出考慮損耗時的鋼材質(zhì)量，與工程實際鋼材消耗量相比，比設(shè)計圖紙統(tǒng)計質(zhì)量的準確性提升約9%，在施工前期階段實現(xiàn)了對成本的高效控制。除此之外，通過搭建高精度鋼筋模型，如圖2所示，實現(xiàn)了一鍵式碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)了橋墩鋼筋碰撞之處萬余處，并針對這些碰撞之處給出了設(shè)計優(yōu)化建議，不僅節(jié)省了鋼材用量、完成了成本優(yōu)化，還實現(xiàn)了工作質(zhì)量的提升。
同時,為更好保障項目施工安全性,建立BIM三維場地模型,可實現(xiàn)每一個點位三維高精度的測量功能，如圖3所示。該三維場地模型為橋梁施工過程中的運輸路徑規(guī)劃和場區(qū)劃分提供了高質(zhì)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，大大減少了場地勘測的工作量。
結(jié)合實景模型，借助BIM技術(shù)還實現(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)、吊車進場和頂推工藝等，預演了多種吊裝方案，如圖4所示。形象直觀地展示了項目的設(shè)計效果與施工組織方案，使項目設(shè)計、施工、運營均在可視化狀態(tài)下進行，做到“事前零成本、事后提質(zhì)效”，準確、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模型輸入先進的信息化放樣機器人設(shè)備，如圖5所示，放樣機器人通過對比模型三維坐標與實際工程構(gòu)件位置坐標，便可實現(xiàn)鋼箱梁節(jié)段的吊裝和頂推的全過程監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)施工誤差并向項目部發(fā)出預警，輔助項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行。
在監(jiān)測預警方面，采用無人機傾斜攝影、激光點云、探地雷達等多種“空天地”檢測技術(shù)，可以實現(xiàn)交通要素識別、交通量統(tǒng)計、拋撒掉落物識別、車輛事故識別、異常行為識別、火災(zāi)煙霧識別、設(shè)施損壞識別等，完成對橋面系設(shè)施、鋪裝服役狀況、施工狀態(tài)的精細化綜合監(jiān)測。如圖6采用鋪裝病害快速檢測技術(shù)、病害自動識別與智能評估技術(shù)，通過車輛實時拍攝視頻數(shù)據(jù),實現(xiàn)了橋面鋪裝的病害自動分類識別。
不僅如此，還進一步探索了信息化技術(shù)在橋面鋪裝養(yǎng)護決策任務(wù)中的應(yīng)用方法。通過收集南京大橋、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)合前期檢測數(shù)據(jù)，基于深度學習模型框架，對病害預測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測模型。在此基礎(chǔ)上，對復雜環(huán)境下橋面鋪裝病害進行后期發(fā)育、遠期發(fā)展預測，實現(xiàn)了橋面鋪裝病害現(xiàn)狀檢測與評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)。
橋梁運維與養(yǎng)護的智能決策支撐
在橋梁工程全壽命信息管理方面，團隊自主開發(fā)了橋面鋪裝三維可視化建管平臺，實現(xiàn)了橋梁“體檢”數(shù)據(jù)的三維可視化存儲管理。通過其中的病害管理模塊、巡檢管理模塊，實現(xiàn)了養(yǎng)護管理的可視、可達、可控，推動了基礎(chǔ)設(shè)施管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，助力了行業(yè)戰(zhàn)略性、前沿性發(fā)展。
在橋梁健康監(jiān)測與管理領(lǐng)域，實現(xiàn)了橋梁“檢測-監(jiān)測-養(yǎng)護”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)振動分析系統(tǒng)。同時在東南大學校領(lǐng)導的帶領(lǐng)下，開發(fā)出橋梁智慧運維綜合管理平臺，為養(yǎng)護決策提供了相應(yīng)的科學化依據(jù)。目前，國內(nèi)存量橋梁數(shù)量巨大，相信這樣一個橋梁智慧運維管理平臺可以匯聚越來越多的橋梁信息數(shù)據(jù)，并應(yīng)用到越來越多的公路橋梁上，為橋梁養(yǎng)護運營決策提供更加有效的技術(shù)支撐。
未來發(fā)展的預想
針對現(xiàn)階段的BIM技術(shù)應(yīng)用，結(jié)合實踐中的經(jīng)驗，對將來的發(fā)展有以下預想：
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)備進行數(shù)字接口的融合，做到BIM+5D的精細化管理、智能化的加工和拼裝，保障工程項目的品質(zhì)與安全。除此之外，隨著無人駕駛、無人機等技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)智能養(yǎng)護機器人，實現(xiàn)橋梁智能巡檢和無人化養(yǎng)護工作，可以有效提高養(yǎng)護作業(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，建立長大橋梁數(shù)字化建管與資產(chǎn)平臺，實現(xiàn)整橋全生命數(shù)據(jù)全包絡(luò)，進行全過程材料資產(chǎn)溯源、全生命周期數(shù)字資產(chǎn)管理，可以實現(xiàn)要素集合分析，幫助提升養(yǎng)護決策的科學性，達成全生命期成本控制與優(yōu)化管理。
