[分享]特大型桥梁走进运维时代

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发表于2020-05-11 154人浏览 1人跟帖总热度:465

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标签：安全隐患排查公路桥涵养护规范公路桥梁技术状况评定标准主要技术经济指标预应力混凝土

当前，在交通运输供给侧改革、建设交通强国及创新驱动发展的大背景下，实现公路桥梁建管养的“数字化、网联化、智能化”是大势所趋。

BIM是模型+数据的综合体，在建筑、铁路、水利、轨道交通、市政等领域中，涉及工程项目的规划、设计、施工、运营维护全生命周期技术和管理创新，公路领域虽起步较晚，但发展迅猛。BIM为公路工程建设的信息化、可视化管理注入了新的发展动力，在对工程的质量控制、效率控制、成本控制方面都具有突出的作用。因此可以说，BIM是升级传统工作方式，全面提升建养管理水平的有效手段。

因BIM技术具有高可视性、可计算性、模型互用性、数据协同共享等技术优势，在南沙大桥（原“虎门二桥”）工程的建养管理中，扮演着三大角色：设计复核、虚拟建造、智慧管理。其应用可通过两条主线展开：BIM模型技术应用、BIM协同管理。

建设期的BIM应用成果

2014年11月15日，在南沙大桥工程技术专家委员会成立暨第一次工作会议上，确定了BIM技术在南沙大桥项目上进行试点应用。

当时的开发设想是，BIM技术在国内桥梁工程中的应用将促进我国桥梁建设的发展。考虑到BIM系统的研发应用周期和规模，建议南沙大桥以主桥主塔、钢箱梁和引桥节段预制拼装施工和管理为突破点，研究应用BIM技术。

2015年3月，南沙大桥BIM技术应用研究工作正式启动。由广东省公路建设有限公司南沙大桥分公司（建设单位）牵头组织，交通运输部公路科学研究院主要承担，设计、施工、制造、监理、监控等单位协同。整个项目分两期工程实施：第一期工程侧重于建设期的应用；第二期工程侧重于运营养护期的应用。

形成标准化的应用模式

在“无标准，零参考”条件下，自主探索并实践特大型桥梁工程BIM技术，在施工、制造和建设管理环节的标准化应用模式。总结形成两个层次的应用，第一层次是BIM模型技术应用，包括碰撞检测、施工模拟、钢结构数字化加工制造等；第二层次是BIM+项目管理应用。

同时，首次编制《特大型桥梁工程信息模型建模与交付指南》《特大型桥梁工程信息模型分类与编码准则》《特大型桥梁工程BIM技术应用实施导则》等3项技术标准与指南，为行业标准建立和同类工程推广应用打下基础。

轻量化处理和图形渲染技术

攻克了大尺度BIM模型轻量化处理和图形渲染技术，攻克了跨平台系统架构和多源数据采集技术，实现三维模型文件上百倍级的压缩，获得百兆级以上BIM模型流畅浏览与操作，同时兼容四大主流BIM软件模型格式。

以软件技术为基础，首次研发了具有自主知识产权的特大型桥梁工程“BIM+互联网”项目协同管理平台。实现了工程项目进度、质量、安全、造价等信息的高效采集、传输、交互和管理协同，实现了项目扁平化管理。例如，在质量安全管理模块，我们利用手机端高效协同处理500余项现场隐患，通过数据挖掘，为管理决策提供支持。

钢箱梁工厂制造一体化成套技术

自主研发基于BIM钢箱梁工厂制造一体化成套技术，攻克了数字化套料、自动化切割、焊缝可视化管理、三维激光虚拟检测与预拼装等关键技术，减少中间环节，提高加工效率和精度。

利用三维激光扫描技术，对成品钢箱梁进行虚拟检测和预拼装，提高了拼装精度，同时降低拼装施工成本。

全寿命周期物联管理平台

首次研发具有自主知识产权的基于BIM短线匹配法预制节段梁产品全寿命周期物联管理平台，引入物流管理模式，通过扫描二维码方式，实现节段梁制造、安装全过程数字化管理。

通过梁厂管理平台，实现预制构件生产制造进度与质量的动态实时管控，提高混凝土预制构件质量和生产效率。

智能监控平台

首次研发BIM+悬索桥上构数字化施工智能监控平台；首次实现索股架设、主缆缠丝、紧缆、主梁吊装等工序的数字化施工，数据自动化采集、传输和智能化控制，实时掌握施工状态和设备工作状态，提升了悬索桥上构施工的自动化程度，保障施工质量和安全。

整体来看，在建设期间，对于图纸问题的纠正达到100余项；现场隐患排查处治500余项；整合进度、质量、安全、造价等业务数据10项，形成了建设期工程的基础大数据库，为后续项目奠定基础；钢箱梁焊缝检测一次性合格率高达99.99%；节段梁拼装误差精度在±3mm；悬索桥的索股架设工效为3小时/股。通过以上这些主要技术经济指标，展示出BIM技术的应用使施工、制造及管理能力得到大幅提升。

运营养护平台的搭建

南沙大桥通过运营期BIM技术的研究与应用，实现建养一体化。特大型桥梁的运营养护，包括了从对象、计划、标准的检查，数据、过程的维修，到评估评价、预案应急组织、监测，再到完善、方便、可追溯的档案管理等需求。通过搭建运营养护BIM平台，实现建设期到运营期的模型、编码、数据与档案信息传递；数据采集、病害检测、技术评价、对比跟踪、辅助决策的全过程管理；科学管理养护维修，进行计划下达、过程记录与监督、动态跟踪等；对接运营期相关系统，实现基于BIM技术平台的运营资产主要信息展示。

基于运营养护需求的模型细化

从主桥、引桥和互通，交安机电，进行了全面的梳理。基于运营养护需求细化了钢箱梁、缆索系统、锚碇、预应力混凝土主梁、交通工程、附属设施等结构设施BIM模型。

南沙大桥运营养护BIM模型异常精细，精细也意味着数据量异常庞大，即其三角面片数也异常庞大。为达到流畅加载、浏览海量模型的目的，基于SuperMap GIS提供了多重优化措施，包括自动生成LOD轻量化模型，可以设置LOD等级和轻量化百分比，简化后模型数量一致、外观效果无变化，但模型的三角面片数可下降40%-80%左右；采用实例化技术，通过模型复用显著提高渲染效率；服务器存储缓存，按可视范围加载需要的瓦片；将BIM模型生成具有多级LOD的场景缓存，缓解显卡渲染压力。

适应全寿命管理要求的编码体系

目前，从国内外桥梁相关分类编码的研究来分析，主要存在分类不完整、定义划分不清楚、信息冗余、缺少针对运营期特殊结构桥梁的编码体系等问题。因此，需编制服务于运营养护的南沙大桥BIM建模与结构设施编码规则，规范和统一基于 BIM 技术的应用下，运营养护阶段信息系统对结构设施的管理过程中的编码原则，明确相关管理需求及要求，实现南沙大桥结构设施的全生命期管理。

南沙大桥BIM协同管理平台成功应用于施工阶段进度、图纸、质量、安全等方面管理的关键，建立了一套完整的建设期模型EBS编码体系，并实现了与施工阶段WBS编码的映射。随着工程建设的不断推进，二者之间的映射关系不断完善，并顺利贯穿整个工程建设期。在大桥运营期需依据养护规范中要求的构件拆分原则，升级结构EBS编码、建立交通工程及养护附属设施编码，形成完整的全寿命编码标准体系，为顺利实现南沙大桥建养一体化打下基础。

建设期与运营养护期的衔接

南沙大桥建设期BIM技术应用取得了大量成果，因此如何将建设期成果有效应用于运营期，是实现建养一体化的关键。在建设期与运营养护期衔接过程中需重点解决三个传递——模型传递、编码传递和数据传递。应当以满足运营期管理需求为导向，完善深化建设期模型，升级EBS编码，同步共享建设期相关辅助性数据。通过建设期到运营期模型、编码、数据的高效互联互通，实现全寿命智慧化管养。

在建养数据衔接方面，重点分析了施工监控数据与结构健康监测、运营期检测等相关性数据的结合，通过数据比对、预警等辅助管养决策。并且将建设期施工质检、安全隐患排查数据与运营养护数据的结合，辅助运营养护期相关问题的追溯与分析。

基于BIM的可视化管理

基于BIM的可视化管理，需充分利用大桥BIM模型，开发基于BIM技术的南沙大桥运营集成管理平台，实现大桥建管养数据的一体化管理及可视化。实现桥梁运营期构件典型病害可视化模型展示，辅助决策分析与质量溯源。

依据《公路桥涵养护规范》《公路桥梁技术状况评定标准》《南沙大桥养护手册》等行业标准规范、指南等，结合南沙大桥结构特点开发南沙大桥养护检查管理功能，主要包括日常巡查、经常检查、定期检查、特殊检查等数据管理功能。

利用数据库、BIM与网络的结合，将虚拟模型与档案数据共享云端，搭设基于BIM的超大型桥梁工程档案管理平台。实现对项目建设、运营阶段的相关信息进行集成、管理、分析、共享，为各参与方提供一个高效率信息沟通和协同工作的平台。

通过对当前BIM技术、数据库管理、资料管理和其他相关技术领域的深入研究，提出以数据服务层、功能平台层和可扩展应用层三大板块的功能框架。

工程项目建设期与运营期的文件档案管理分类及管理方式有所不同，为了实现建设与运营期相关档案文件的数据互通共享，南沙大桥通过分析建设期与运营期桥梁结构单元划分、构件编码的异同，构建建设期与运营期构件编码的映射关系，进而实现两个时期相关档案、图纸等信息的实时同步。在运营期可基于结构的检查养护情况，针对性调取该结构建设期的施工图纸、质检、隐患排查等档案信息，辅助管理部门判断结构病害及状况成因，并辅助养护决策。

养护数据科学解析及养护决策辅助

设计病害库、项目库、计划库、决策库、附件库以及统计区等子模块，力图实现对病害数据（相关文件）的合理存储、科学解析、高效检索和交互利用，从而构建起完整的养护工程管理工作流。

辅助制定养护方案、计划，自动分配养护任务：基于南沙大桥养护决策支持库，根据所涉及的构件或者涉及的病害类型进行维修对策检索，辅助进行养护方案制定。

互联网+在运营养护中的应用

以南沙大桥全生命周期的信息融合和业务协同为基础，综合利用移动互联网、大数据、云计算、BIM等信息技术，提供数据采集、桥梁巡检、养护管理、辅助决策等服务，为管理者提供科学养护决策依据。

移动巡检终端，APP端的核心功能为数据采集（主要是执行巡查、经常检查、定检等任务）、应急管理、信息查询、任务发布和人员管理等。针对养护管理方面，可查看大桥结构化信息数据库，实现构件历史信息实时查询、病害信息与构件自动关联更新、病害实时比对以及质量溯源；对于实现养护检查协同，APP原位快速采集数据、巡检数据实时上传、离线存储、与web同步形成养护小闭合、巡检路线自动记录、二维码定位构件。

BIM在南沙大桥项目建设及运营养护两大阶段的应用试点，成果显著但仍然需要不断探索、不断完善。

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