基于協同理念的BIM+GIS 橋梁定檢系統研究及業務流程開發

梁舜云LIANG Shun-yun；呂若丹LU Ruo-dan；汪軍WANG Jun

（①蜀道投資集團有限責任公司，成都 610095；②四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，成都 610041）

0 引言

橋梁檢測是橋梁養護、維修、加固的信息前提，是決定維修與加固方案是否可靠的保證，也是橋梁評定、養護、維修與加固工作中必不可少的重要組成部分。橋梁檢測分為經常性檢測、定期檢測和特殊檢測三種。定檢通常提供有關橋梁狀況的最新和最全面的數據，是維護計劃的關鍵輸入信息源。目前，橋梁定檢方法主要是傳統的人工檢測手段，存在諸多問題和弊病，如橋梁檢測數據采集仍然是手動檢測并紙質記錄，質量差，效率低，主觀性大[1]；原始數據線下記錄，錯誤率高，且不易更改，無法多人協同，重復工作量大；內業數據整理工作量大，進展遲緩，成果提交緩慢，檢測效率無法提升；檢測報告繁雜，整理工作量大，成果提交不規范不統一；數據統計困難，未形成數據資產，紙質報告數據難追溯，難以匯總統計和分析；對檢測單位監理工作繁重，缺乏橋梁檢測過程監管等[2]。

1 國內外橋檢技術和系統的發展現狀

已有相關研究橋梁檢測的方法來解決當前橋梁定檢的業務發展的各種問題，讓橋梁定檢信息化、數字化、智能化，提高效率和質量。Javadnejad F 等人[3]將GIS 技術引入橋梁檢測中，開發了基于GIS 的BridgeDex 系統，實現了歷史橋梁圖像信息和多尺寸橋梁檢測圖像信息的集成。Zhu Z 等人[4]基于圖像分割技術將大尺寸墩柱通過多視場多圖像的融合，結合人工神經網絡檢測墩柱混凝土表面。湯懷勝[5]建立了橋梁信息資料庫以存儲信息，如基本信息、檢查信息、維護信息等，對橋梁構件、病害信息等進行了詳細的分類。吳曉輝[1]開發設計出了一個包含橋梁管理大部分業務流程的橋梁信息管理系統。針對橋梁管理員設計了基于Android 平臺的移動信息采集子系統，針對普通市民開發了基于微信小程序平臺的病害舉報子系統，針對決策人員開發了輔助決策子系統。

從當前國內橋檢業界，針對橋梁檢測信息化產品的研發，已有相關產品出現，如招商橋梁智檢系統、遼寧院定檢系統等。總體來說，國內橋檢系統在功能上主要服務于橋梁檢查，基本都實現了橋檢數據采集和處理的電子化、智能化，對橋檢數據采集、錄入和處理進行有機集成，并有配套研制的橋梁定檢APP 用于數據采集，系統都基本能滿足橋梁定檢所需，可根據養護的目標、構件標準化統一、病害類型的統一，以及橋梁地理和結構特點，進行優化后實施。其他系統功能大同小異，有自己的特點，也有不足之處，包括系統底層基礎業務數據不完整且建立費時費力，基礎數據利用率較低，沒有真正支撐起橋梁全周期數字化應用；規范內置不完整、不合理，數據標準化程度不高；數據采集的可操作性低，錄入病害的方式單一；系統功能可用性、易用性較差，沒有做到離線采集數據，數據傳遞與資源共享效率低；BIM+GIS 方面的應用薄弱，沒有真正發揮BIM 技術的作用等諸多問題。

2 基于協同理念的BIM+GIS 橋梁定檢系統

鑒于以上行業痛點，本文引入協同與數字化理念，采用業務標準化思路與EBS+WBS 數據鏈等技術，研究基于協同理念的BIM+GIS 橋梁定檢系統。

2.1 協同工作

根據橋梁檢測和BIM 應用相關標準，如《公路橋梁技術狀況評定標準》《公路工程信息模型應用標準》等，按照橋梁檢測業務需求，建立統一橋梁協同檢測系統的基礎業務數據表，包括EBS 基礎數據庫（圖1）、橋梁檢測病害庫、病害處置措施庫等。在橋梁檢測系統的業務功能中調用基礎業務數據庫中的數據用于數據采集錄入，使得橋梁檢測工作在時間上和空間上實現基礎數據源的統一、業務數據高效協同，保證集團級或區域級的運作標準化，積累項目業務結構化、標準化的數據資產，支撐后續病害分析。同時，改變傳統橋梁定檢軟件的工作模式為業主主導、多方參與、協同工作，支持多家檢測單位、多家項目業主，同時進行多個檢測項目標準化運作。

圖1 EBS 數據庫

2.2 EBS+WBS 數據鏈

根據待檢測橋梁結構形式，利用EBS 類型庫劃分待檢測橋梁的EBS，并據此建立橋梁EBS 結構樹。橋檢系統根據EBS 與WBS 映射關聯關系，自動由EBS 生成WBS,構建橋梁EBS-WBS 數據鏈[6]（圖2）。根據EBS-WBS 數據鏈建立現場采集數據EBS 與橋梁定檢技術評定WBS 的關聯關系，使得橋梁檢測數據可傳遞到橋梁結構全周期數字化數據鏈條中。

圖2 EBS-WBS 數據鏈

2.3 BIM+GIS 集成融合

基于BIM+GIS 技術，將協同所獲取的病害數據、評分數據、電子報告、業務開展情況（現場人員考勤、路線信息、統計信息）等在三維可視化系統總集成展示（圖3）。BIM+GIS 的三維場景融合可從宏觀上了解三類及以上的橋梁區域分布情況，也可從微觀層面了解病害構件在橋梁中的位置。使分散、孤立的橋梁定檢信息能直觀、形象呈現，極大程度提高橋梁定檢業務開展的質量和效率。

圖3 BIM+GIS 系統集成橋梁定檢數據

2.4 數據共享與數字化交付

2.4.1 數據共享

橋梁協同檢測系統需要實現的一大核心目標是數據共享，包含四層含義：一是基礎數據的共享，即根據橋梁檢測業務需要，將檢測涉及的基礎數據建成基礎庫表，如病害庫、病害處置措施庫等，將這類數據向下沉淀，作為基礎數據供給整個系統的不同功能使用，做到基礎數據的共享與利用；二是數據在不同終端、不同用戶、不同地域之間實現數據共享，這是基于云服務的軟件產品具備的基本特征；三是檢測過程中的數據共享，需要做到同一數據只錄入一次，在其他地方需要用的則調用數據源的數據即可，避免重復錄入，提高數據利用率，讓數據共享即刻發揮作用；四是數據在不同階段之間共享，如EBS 是來自設計階段的，橋梁設計竣工圖是來自建設階段，兩類數據融合檢測數據，推送到養護運營中用于橋梁養護和運營管理。

2.4.2 數字化交付

橋梁檢測交付的數據包含檢測橋梁信息（含EBS）、檢測原始數據（含WBS）、檢測報告、現場照片等信息，數據范圍涵蓋設計、檢測、運維養護全過程。參與檢測全過程的單位很多，有建設方（企業）、檢測單位、運營單位、養護單位等，不同單位交付的數據形式多樣，內容有疊加，需要去除冗余數據，并按類庫的要求進行組織，以確保能正確地加載到交付平臺，且關聯關系正確，實現有效的歸類存儲，供用戶瀏覽查詢。

交付的文檔屬于非結構構型數據，包括已蓋章的橋檢報告、圖形圖片、圖紙資料等，與交付的數據一樣，涵蓋設計、檢測、養護全過程，各單位提交前，應按照數字化交付平臺要求調整文檔格式，如.docx、.dwg 等。

交付的三維模型是對橋梁工程及周邊地形地物的虛擬可視化表達，它包含但不限于橋梁結構模型、周邊構筑物模型、地形模型、設備模型等。為構建這些種類繁雜的立體模型所使用的三維設計軟件如CREO、Solidworks、PDMS、TEKLA、Bentley、CATIA 等多達幾十種，因此需要將它們轉化為交付平臺要求的統一格式，并拼接成一個完整的模型。

通過數據傳遞與智能分析，實現針對橋梁健康狀況的自動評分，橋梁定檢報告自動生成，由紙質報告交付模式變革為數字化交付。

3 橋檢業務流程開發

針對基于協同理念的BIM+GIS 橋梁定檢系統進行業務流程開發，業務應用主流程如圖4 所示。

圖4 橋梁定檢系統業務應用主流程

3.1 項目準備

為業主單位部署橋梁協同檢測系統，創建賬號、角色、組織，分配權限，完成基礎數據初始化。業主單位將待檢測的路線及相應檢測橋梁信息向檢測單位開放，檢測單位統一使用橋梁協同檢測系統，創建檢測項目。

3.2 數據準備

檢測單位根據橋梁信息，應用EBS 管理模塊快速標準化創建待檢測橋梁EBS 數據，后續所有檢測數據將基于統一的EBS 結構進行采集，實現數據共享與協同。

3.3 現場檢測

檢測人員通過APP（在線/離線）采集功能，調用項目基礎數據，通過EBS 選擇對應部位、部件、構件，對病害種類、標度、病害位置、病害照片等病害信息進行模板化填報，系統自動生成病害數據記錄，并同步上傳云端服務器。

3.4 過程監管

業主單位可通過APP 對現場檢測人員資質（試驗檢測工程師職業資格證書）、現場考勤及檢測進度（按大類統計病害采集進度）的監管，保障項目實施進度、質量。

3.5 數據審查

現場檢測完成后，可在系統中對檢測數據進行查看、復核、修改、補充等操作，保障檢測數據的完整性及準確性。

3.6 評分評級

外業采集完成后，檢測單位通過系統評分功能對橋梁進行評分評級，系統自動根據《公路橋梁技術狀況評定標準》（JTG/H21-2011）中的相關規定，對各構件、部件、橋面系、上部結構、下部結構及橋梁總體技術狀況進行評定，檢測單位專業技術人員也可對自動評定結果實施干預，根據專業判斷調整評定結果。技術評定基于橋梁EBS 自動生成的WBS 結構樹完成，按照規范要求輸出評定結果。

3.7 成果輸出

橋梁檢測內業數據處理工作完成后，檢測單位通過使用系統的報告生成功能，能自動按標準化模板輸出橋梁檢測報告，系統生成的檢測報告經檢測單位檢測工程師修改并內部審核確認后，出版裝訂蓋章并交付業主，掃描蓋章版可上傳至檢測系統歸檔。

3.8 統計分析

業主單位通過統計分析頁面可以實時、清晰地了解到橋梁的整體現狀，可以任意地導出相關的統計報表數據，如：主線橋的數量、長度統計，三類橋梁統計、單孔跨徑大于150m 的橋梁統計、主線橋梁長度的統計。檢測人員和管理人員通過數據統計分析結果，可直觀查閱檢測橋梁病害情況，并對檢測項目進行管理，同時分析結果支撐專業技術判定。（圖5）

圖5 檢測數據統計分析

3.9 可視化顯示

系統以EBS 為中心將檢測數據、BIM 模型等形成數據鏈，通過BIM+GIS 可視化呈現橋梁各個部位、部件、構件的健康狀況及檢測數據，讓管理者對橋梁檢測情況一目了然（圖6）。

圖6 檢測路線、項目及數據三維可視化展示

4 結語

基于協同理念的BIM+GIS 橋梁定檢系統引入協同工作理念，支撐橋檢業務參與各方實時協同支撐橋檢業務參與各方的實時協同，以橋梁構件編碼的統一系統化、檢測數據采集的標準化、檢測數據處理的自動化、檢測交付成果的數據化，實現檢測業務全過程數字化及橋梁病害的智能化跟蹤數據。通過EBS+WBS 數據鏈實現的數據組織，既保證了數據滿足與BIM 模型數據融合，又保證了數據滿足檢測業務需求，使檢測數據可在BIM+GIS 系統中集成展示。系統實現工程數字化交付，由紙質報告交付模式變革為數字化交付，所有結構化數據、BIM 模型均可作為交付物，提高交付范圍和質量。橋檢工作檢測工作由結果管理變革為過程管理。相應開發的橋梁業務流程高效支撐了橋檢業務的開展和管理。