“新基建”下橋梁嬗變之思

文/本刊記者 汪玚

有專家指出，中國加快推進新型基礎設施建設，是一項“既應需求而建，也謀未來而建”的戰略布局。

疫情給世界經濟帶來的創傷，讓更多人看到，未來產業發展將更依賴物聯網、人工智能、大數據、云計算等數字“新基建”。

有專家指出，中國加快推進新型基礎設施建設，并非僅僅是為對沖全球性經濟下滑而出臺的救市之策，而是推動經濟轉型升級的主動謀劃，是一項“既應需求而建，也謀未來而建”的戰略布局。

疫情沖擊下的世界正在發生深刻變化，面臨更多不穩定不確定因素。且看橋梁工程領域如何在“新基建”政策背景下，完成傳統行業被賦能的華麗轉身，在危機中育新機，于變局中開新局。

BIM技術：開創橋梁全生命周期的“云梯”

有觀點認為，“新基建”是未來交通運輸等多個行業發展的新方向，BIM技術則是“新基建”的模型和數據基礎，只有把握BIM正向設計技術才能把握“新基建”的脈搏。

事實上，交通人早已開始探索基于全生命周期的BIM技術在橋梁設計、施工及運營管理中的應用研究。

我國高鐵首批BIM設計施工試點項目之一——白沙沱長江特大橋的鋼梁架設，我國乃至亞洲唯一一座僅存的魚腹式鋼桁架橋梁—浙江路橋移橋工程，中國自主設計建造、世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋，設計建造技術實現了五個“世界首創”的—滬通長江大橋的全生命周期各階段BIM應用……

融合先進信息技術，建立包括結構設計、施工、運營、養護維修等內容的全生命周期BIM管養系統，將動態軌檢車、靜態軌道監測系統、橋梁結構監測系統、工務監(檢)測等信息納入多維度的監測內容。采取多源數據分析手段，借助大數據分析技術，構建結構性能評判、預測和健康管理的綜合技術體系，實現大橋維護管理的信息化、自動化和智能化，最終實現基于“狀態修”的橋梁智慧管養模式升級。

溫州甌江北口大橋：BIM+互聯網=全壽命周期信息化協同管理

說起基于橋梁全生命周期的BIM技術，就不得不提起一座橋——甌江北口大橋，這是國內首個采用“BIM+互聯網”技術進行全壽命周期信息化協同管理的橋梁工程。

這項技術可以將現場沉井施工、索塔施工、主纜架設、錨碇施工、鋼桁梁安裝等分部分項工程現場的實施進度實時上傳至平臺，實現可視化、系統化、科學化管理，以達成橋梁建管養信息無縫銜接。

3月27日上午，甌江大橋主橋鋼混結合段順利起吊，標志著甌江特大橋施工進入攻堅決戰階段

溫州甌江北口大橋作為世界級的橋梁工程，同時作為交通運輸部BIM技術研發中心，構建了基于“BIM+GIS”“釘釘+簡道云”的全新移動信息化協同管理平臺，創新“一次也不跑”24小時掌上辦公模式，打通工地試驗室、砼拌合站、預應力張拉、大體積砼溫控、沉井監控等設備接口，打造“智慧物聯網工地”，在2019年世界交通大會上獲得兩項“交通BIM工程創新獎”。

設計階段用3D模型能更直觀的表述工程結構、實現工程自動算量，協助吊裝程序由36次優化到18次，首節鋼沉井制作僅用3個月就順利完成了。而在沉井注水著床過程中，BIM手機端載入沉井姿態監控系統，協助各參建方實時查看沉井厘米級偏差，及時糾偏，確保精準定位。據監控顯示，超大鋼沉井最終的中心偏差為11厘米，小于44厘米的控制值，水平角度偏差為0.21°，小于1°的控制值，達到了國內水中超大沉井定位著床精度控制的新高度。

南京長江五橋裝配式施工

南京長江五橋：“新基建”助力跨越天塹

距南京長江大橋上游約13公里處，由南京市公共工程建設中心建設、中交二航局施工的世界首座鋼混組合索塔斜拉橋——南京長江五橋（以下簡稱“南京五橋”）是205國道和312國道的過江通道，同時也是南京“高快速路系統”中繞城公路的重要組成部分。

從半個世紀前舉國之力建大橋，到如今的五橋即將貫通，新工藝、新技術、新設備、新材料以及裝配化、智能化等“新基建”的運用，讓橋梁建設發生了顛覆式改變。

南京五橋為中央雙索面三塔組合梁斜拉橋，最高主塔高達175.4米，相當于50層樓的高度。如果采用傳統施工工藝，則需要模板工、鋼筋工、混凝土工等多工種作業人員約100人高強度作業10個月左右才能完成。

而索塔采用裝配化施工工藝，鋼殼可兼作混凝土模板，省去了大型爬模設備。如今，30多個不同工種的作業工人在同樣的時間內，就完成了北塔和中塔兩座索塔的施工任務。

不僅是索塔，主橋和引橋也均采用了預制拼裝結構，裝配化施工比例接近80%。不僅組合梁和節段梁是在工廠內預制生產，包括索塔的鋼殼也是由工廠生產，施工現場只需進行模塊化安裝。這樣不僅能提高施工效率、節省了勞動力，還能有效減少現場作業時間和航道的占用時間，保障了航運能力，減小了安全風險。

新工藝、新技術的研發，永遠都不是一蹴而就的。南京五橋的裝配化施工也一樣，需要克服種種難題。

索塔鋼殼內這么多鋼筋，平面圖紙上難以直觀地反映鋼筋的空間關系，怎樣才能實現與預埋鋼筋的精準定位？

中交二航局南京五橋項目總工程師康學云與團隊決定利用BIM技術對鋼殼進行“庖丁解牛”。為了精準定位，他們將現有高精度的索塔首節鋼殼BIM模型從不同標高處刨開，得到不同標高處的鋼筋空間位置，再與承臺預埋鋼筋進行比對，制作定位框，由定位框的高精度來保證承臺內預埋的首節鋼殼鋼筋的安裝精度。

與此同時，項目部還利用BIM對索塔起始節段定位預埋件與承臺、塔座及塔柱預埋鋼筋進行碰撞分析，最終實現首節鋼殼的順利安裝。

經檢測，中交二航局南京五橋項目已完工程質量全部合格，索塔成塔垂直度達1/12000，遠高于設計圖紙和規范規定的1/3000的要求。

5 G+云+AI：為橋梁裝載“最強大腦”

成都二環高架上，一輛道橋巡檢車正向前行駛，車上的攝像頭實時監測路面情況，5G技術及AI分析智能判別道路主要病害，4K超高清視頻迅速回傳，中心立即派遣維修—這不是未來，而是已來的現在。

2019年7月17日，成都市城管委道路橋梁監管服務中心、中國電信成都分公司與華為技術有限公司在中國西部信息中心簽署信息化合作協議，發布全國首個5G+云+AI智慧監控商用項目，標志著成都邁入5G行業商用新時代。

成都市城管委道路橋梁監管服務中心、中國電信成都分公司與華為技術有限公司在中國西部信息中心簽署信息化合作協議

據相關數據顯示，目前我國公路橋梁數量已超過80萬座，鐵路橋梁超過20萬座。

然而，這么龐大體量的病害識別，大多數仍僅依靠人工日常巡查來完成，這樣的工作不僅時刻充滿危險，人眼識別病害能力弱，通過經驗判斷病害往往不夠及時，病害很可能從小問題發展成嚴重問題。同時，人工下單維修周期長，再加上許多道路只能夜間施工，最快也要三天完成，導致安全隱患周期過長。

而若借助“5G+云+AI”，這項工作將變得簡單、快捷而精準。

“我們給成都道橋提供的服務，目前實現了橋梁表觀病害的識別維護和對橋梁整體架構監測兩個方面的智能。”中國電信成都分公司智慧城市行業總監馮濤介紹說。

“5G+云+AI”工程主要是通過5G網絡高帶寬將4K視頻傳輸到后臺的GPU服務器，再通過AI進行分析，讓已經建立的病害識別模型進行快速識別。例如橋梁健康檢測系統，如果一旦發生橋梁超限的情況，系統會自動進行風險提示和預警，同時對系統數據進行分析，生成相應的分析報告。最后，通過信息發送系統回傳數據，進行實時派單，通過自動派單系統直接推送給維修人員，整個業務從傳出視頻、發現病害、自動派單、維護、回單形成閉環。

類似這樣通過“物聯網+移動通信+互聯網+云計算+BIM技術+橋梁結構分析”理念和技術的綜合運用，對橋梁結構安全實施全過程、全天候、全覆蓋在線監測，從而建立起橋梁健康監控和評價體系的探索，如今正成為橋梁工程領域的管理新趨勢。

通過對橋梁的綜合狀態實施系統檢查、科學分析、客觀評估，使管理者能夠準確掌握橋梁結構的安全性能、使用性能和耐久性能，進而采取更加具有針對性和預防性的管養措施，確保橋梁運營安全。與此同時，借助現代信息手段和專家診斷分析系統，更加科學地分析、判斷和預測橋梁使用性能的變化，為橋梁科學管養和橋梁設計、施工的優化提供科學、客觀的依據，從而提高橋梁本質安全度，降低橋梁建設和運行的綜合成本。

據悉，我國目前已有400余座大型橋梁安裝了結構健康監測系統，隨著系統的運行、維護和升級，結構健康監測在推動橋梁結構，乃至土木工程結構由現階段的“安全”設計為主，逐步邁向“安全和壽命”設計、評定、預測與維護的新臺階。