BIM在橋梁后期運(yùn)營管理的應(yīng)用

(重慶交通大學(xué) 橋梁與隧道工程 重慶 400074)

一、引言

現(xiàn)代信息化意義上的城市橋梁安全管理、特別是大型橋梁的安全管理一般包含以下事務(wù)：協(xié)調(diào)橋梁業(yè)務(wù)管理、橋梁維護(hù)分析診斷、輔助橋梁管理部門正確決策、橋梁安全信息共享以及橋梁管理過程系統(tǒng)化等需求。傳統(tǒng)的橋梁管理體系難以完全實現(xiàn)上述所有功能，因此BIM技術(shù)的引入是一種極具前景的嘗試，有望從根本上改善城市大型橋梁安全管理的模式。

二、BIM在安全運(yùn)營管理中的需求

BIM 在許多管理應(yīng)用方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，具體可歸納為以下幾個方面：日常安全管理、安全應(yīng)急管理、異常狀況預(yù)警、長期安全管理追蹤分析、管養(yǎng)知識庫以及設(shè)備資料一體化管理。

(一)日常安全管理。在橋梁的日常管理中，傳統(tǒng)的城市橋梁運(yùn)維安全管理系統(tǒng)，需要大量的表格、CAD 圖紙以及文檔資料的形式對相關(guān)信息進(jìn)行存儲和輸出，文件一般以部位或構(gòu)件編號為依據(jù)進(jìn)行存儲和關(guān)聯(lián)，彼此之間無時空對應(yīng)，文件錯誤或數(shù)據(jù)沖突往往難以發(fā)現(xiàn)。而基于 BIM 的橋梁安全管理系統(tǒng)能夠結(jié)合空間、時間關(guān)系收集、存儲、和共享有關(guān)橋梁構(gòu)件的所有數(shù)據(jù)，可以提供包括橋梁三維空間視圖在內(nèi)的多種報表形式，還能對橋梁的關(guān)鍵構(gòu)件和設(shè)施安全進(jìn)行實時監(jiān)測，有利于高效管理橋梁運(yùn)行數(shù)據(jù)。

(二)安全應(yīng)急管理。現(xiàn)有的城市橋梁安全管理系統(tǒng)通常缺乏有效的安全應(yīng)急手段，其安全應(yīng)急預(yù)案往往以規(guī)章制度等文件的形式給出，需要橋梁管理人員進(jìn)行現(xiàn)場電話指揮，在面對諸如結(jié)構(gòu)損傷、交通事故、自然災(zāi)害等在內(nèi)的具體突發(fā)事件時，難以給出全面可靠的應(yīng)急措施，也不能提前對突發(fā)事件進(jìn)行安全應(yīng)急模擬預(yù)演。橋梁管理人員通常需要在事故第一線掌握情況和進(jìn)行指揮，各管理部門間缺乏相互溝通平臺，應(yīng)急管理的反應(yīng)不夠迅速。而基于BIM的城市橋梁安全管理系統(tǒng)在進(jìn)行應(yīng)急管理時，可以利用BIM所特有的三維空間展示和情景動畫模擬功能，鎖定具體的故障區(qū)域和上下游構(gòu)件，為橋梁的應(yīng)急管理提供相應(yīng)安全管控預(yù)案和安全應(yīng)急培訓(xùn)。

(三)異常狀況預(yù)警。橋梁管理過程中的數(shù)據(jù)資料來源眾多、形式多樣，而傳統(tǒng)的城市橋梁安全管理系統(tǒng)又缺乏統(tǒng)一、規(guī)范化的數(shù)據(jù)整合標(biāo)準(zhǔn)，因此很難通過歷史記錄分析、運(yùn)維數(shù)據(jù)挖掘等手段對橋梁可能出現(xiàn)的異常情況提前進(jìn)行預(yù)警。基于BIM的城市橋梁安全管理系統(tǒng)把通過自動采集和人工巡檢等手段獲取的數(shù)據(jù)資料，經(jīng)過規(guī)范化處理后，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)輸入核心數(shù)據(jù)庫中，結(jié)合BIM模型更為直觀和綜合地對橋梁構(gòu)件設(shè)施的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲以及分析等操作。

(四)長期安全管理追蹤分析。通過全方位的設(shè)施數(shù)據(jù)積累以及對安全管理措施和制度、安全預(yù)案執(zhí)行情況等的長期追蹤，可以利用BIM的大數(shù)據(jù)挖掘能力分析當(dāng)前安全管理策略的有效性和執(zhí)行風(fēng)險，并根據(jù)目標(biāo)安全管理水平進(jìn)行不斷調(diào)整，以使橋梁安全服務(wù)水平不斷提高、管理方式不斷完善。特別是BIM的安全預(yù)案模擬可以根據(jù)現(xiàn)實執(zhí)行情況的反饋不斷修正和完善，比如通過災(zāi)后分析和經(jīng)驗總結(jié)優(yōu)化預(yù)案。在橋梁安全管理中使用 BIM，符合現(xiàn)今設(shè)施管理方式日趨精細(xì)化、數(shù)據(jù)獲取方式日趨多樣化的趨勢，BIM 優(yōu)秀的數(shù)據(jù)挖掘和分析潛力以及分析結(jié)果的快速表達(dá)能力，都將有助于管理人員提升對橋梁安全服務(wù)能力的認(rèn)識并事實上提升橋梁的安全運(yùn)行水平。

(五)管養(yǎng)知識庫。橋梁結(jié)構(gòu)所處的外界環(huán)境惡劣，在結(jié)構(gòu)的服役過程中經(jīng)常有病害發(fā)生，在運(yùn)維管理中要對這些病害進(jìn)行歸類、分析，通過關(guān)聯(lián)維修養(yǎng)護(hù)過程，逐步形成管養(yǎng)知識庫。管養(yǎng)知識庫的建立，可以將積累的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推廣，為以后類似的病害分析、運(yùn)營管理者反應(yīng)和處置提供有力的技術(shù)支撐 ；同時根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的劣化速率和病害特征，為規(guī)范管養(yǎng)步驟和形成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程提供基礎(chǔ)，并有針對性地提高管養(yǎng)水平。

(六)設(shè)備、資料一體化管理。建立設(shè)備臺賬與空間實體對象之間的關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)提供多種方式供用戶快速定位到設(shè)備，也可通過模糊搜索的功能，列出所有滿足條件的結(jié)果列表，確定并雙擊列表項即可導(dǎo)航至指定的設(shè)備。通過不同的快速導(dǎo)航方式，實現(xiàn)設(shè)備的快速定位，進(jìn)而對設(shè)備臺賬進(jìn)行查看、編輯及維護(hù)等工作。按照竣工圖紙、驗收資料、歷次檢定試驗、辦公文檔等進(jìn)行分類，結(jié)合施工過程中的過程資料管理，與 BIM 模型關(guān)聯(lián)，進(jìn)而在系統(tǒng)集成窗口中實現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)信息可追溯、任務(wù)單及工作計劃生成，方便維護(hù)人員使用。

總結(jié)

將BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁養(yǎng)護(hù)管理，是實現(xiàn)橋梁全生命周期管理的關(guān)鍵所在。以橋梁三維模型為基礎(chǔ)，提取并管理相關(guān)信息，實現(xiàn)橋梁的精細(xì)化管理。通過BIM技術(shù)可視化橋梁的養(yǎng)護(hù)信息，并在桌面端和移動端同時實現(xiàn)信息的展示與傳遞，提高橋梁養(yǎng)護(hù)管理的效率與質(zhì)量。

(1)基于BIM模型實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時更新和修正等功能，使橋梁信息在管養(yǎng)期間得到有效的組織和跟蹤。

(2)建立BIM數(shù)據(jù)庫，存儲橋梁運(yùn)營過程中大量的、不同類型的數(shù)據(jù)，支持項目運(yùn)行期間動態(tài)信息的創(chuàng)建、更新，保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性；建立BIM可視化平臺，實現(xiàn)三維模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)信息的可視化展示與查詢。

(3)將大跨度橋梁管養(yǎng)軟件化，形成具有養(yǎng)護(hù)計劃提醒、安全預(yù)警、結(jié)構(gòu)性能評估、4D模型展示、輔助決策等特定功能的軟件模塊。

(4)BIM模型與橋梁管理系統(tǒng)相結(jié)合，形成了基于BIM的集成化、便捷化、直觀化的大跨度橋梁智能化養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)。

綜上所述，BIM未來的發(fā)展趨勢是后期的管養(yǎng)運(yùn)營方面，基于以下幾點(diǎn)原因：(1)在已經(jīng)建成的橋梁或者是結(jié)構(gòu)建筑中，可以通過BIM系統(tǒng)進(jìn)行管養(yǎng)和維護(hù)，以實現(xiàn)橋梁和建筑的全生命周期管理。(2)對于正在建設(shè)的結(jié)構(gòu)和橋梁，要求用BIM建模模擬施工過程，當(dāng)橋梁和結(jié)構(gòu)建成之后，BIM模型接下來就可以用于橋梁和結(jié)構(gòu)的運(yùn)營和管養(yǎng)方面。(3)建成一座橋或者一棟大樓需要幾年時間，但是橋梁或者建筑的使用長達(dá)幾十年之久，為保證安全使用，通過BIM系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行管養(yǎng)和維護(hù)是必不可少的。(4)對BIM建模的強(qiáng)制性要求，不僅在于結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工階段，本質(zhì)在于更加安全、有效率地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行使用，BIM系統(tǒng)可以在結(jié)構(gòu)后期使用中高效地記錄結(jié)構(gòu)的病害，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)。