徐浦大橋 基于BIM+GIS技術的橋梁智能運維管理分析與應用

時間:2020-04-09    來源:《大橋養護與運營》     BIM編輯:wanglaoshi

  隨著我國公路交通事業的高速發展,維持橋梁正常功能與保障使用安全,已成為目前交通路網養護管理上的一個重要環節。建筑信息模型(BIM)可實現橋梁建筑從傳統二維繪圖向三維繪圖的轉變,使建筑信息更加全面、直觀地展現出來。通過對既有橋梁進行BIM建模,可輔助實現橋梁的精細化管理。而構建基于GPS和GIS技術的巡檢系統,將其與BIM模型相結合,可進一步提高橋梁管理的精細化水平。本文就此進行探討,并借助項目實例,系統地展現BIM融合GIS技術在橋梁養護管理中的實踐成果。

  

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  需求分析

  既有橋梁養護管理存在的問題

  我國公路橋梁的養護管理已經積累了相當的經驗,但對橋梁的養護存在“思想重視、技術手段不足”的現象。目前,國內橋梁管理養護部門的工作手段、管理體系、技術水平相對滯后,橋梁管養還處在檢測手段機械化、記錄病害平面化、資料管理臺賬化的靜態儲存及被動采集狀態階段;對于數字化技術的理解和應用,僅限于開發些初級的橋梁管養信息系統;在付出大量人力、物力和財力的情況下,橋梁管理及養護的工作質量和效率難以令人滿意。

  橋梁管養的精細化需求

  精細化管理,本是一種針對企業管理的理念,由日本在20世紀50年代提出。為了提高橋梁管養水平,通過對企業管理的精細化理念進行借鑒,提出了橋梁管養精細化的概念。橋梁的精細化管養是指,對橋梁養護管理過程中的各種靜態與動態數據做到準確記錄,保證橋梁各構件全壽命周期數據的完整性,使精準、完備的資料成為管理者進行決策的重要依據;并通過建立規范的檢查流程與數據記錄方式,保證橋梁檢查新增數據更新的便捷性、及時性與準確性,盡可能地提高橋梁管養數據的有效性,為橋梁的后續評價與管理提供數據支持。具體來說,是要求對橋梁管養精細到構件級水平,對橋梁構件的養護管理歷史進行詳細的記錄,保證養護信息的完整記錄,并對不同的構件能做到定制化的管理。

  在以往的橋梁管養工作中,尤其是部分大型橋梁根據自身特點建立的結構健康檢測系統,已是精細化管理的體現。在這些健康監測系統中,主要是通過傳感器,針對大橋的重要構件進行應力應變上的監測,起到健康狀態評估與預警的功能。對于橋梁主要構件,一般通過建立基本信息以及維修歷史數據庫的方式,進行信息的傳遞與收集。但僅依賴傳統的數據庫技術,難以實現更深層次的橋梁精細化管理,而通過融合BIM與GIS技術,將給大橋的精細化管理帶來突破性的進展,并且具有很強的可操作性。

  BIM和GIS技術的應用

  BIM技術的應用

  

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  圖1 BIM質量要求

  從邏輯關系上說,BIM是一個包含了建筑物所有信息的模型,是建筑物幾何、物理、性能信息的數字化表達,不同的參與方都可以從這個模型中獲取自己所需要的信息,它的核心是信息。BIM建模的整體思路是:首先進行信息識別,并把握住信息的質量要求,然后進行信息的采集、處理和利用,最后實現BIM模型的建立。為了發揮整個BIM模型的價值,BIM模型必須要滿足一定的質量要求。

  應用BIM技術,對既有橋梁進行三維模型創建,整合橋梁既有的全部數據信息,以3D可視化的形式,實現對既有橋梁的直觀展示和資料的綜合管理;而通過在日常管養工作中,不斷積累橋梁運行過程中的動態數據,形成既有橋梁的運維管理數據庫,直觀地展示橋梁的運維管理過程及結果,可進一步為橋梁管養策略、健康狀態評估提供數據支撐。

  GIS、GPS技術的應用

  地理信息系統(GIS)是用于采集、更新、存儲、管理、分析和表達空間信息和數據的特殊空間信息系統,具有強大的空間信息處理能力。將地圖信息直接信息化存入計算機,利用相關軟件將信息存儲于地圖上的與之相關聯的地理位置上,使數據與地理信息緊密結合起來,實現數據的可視化,便于對數據進行有效的管理、分析和組織,為進一步做出決策提供良好的界面和依據。

  將GIS引入帶GPS模塊的手持移動設備管理系統,可極大地方便日常橋梁管養中的巡檢工作。GIS地圖可以簡潔明了地通過樁號定位,查詢到所在位置的歷史數據;對于需要修改數據的路段,可實現實時數據更新;對于沒有歷史數據的路段,可實現實時數據存檔。數據收集完整后,通過手持移動設備提交上級數據庫,能迅速計算出相應的指標,指導現場工作人員進行數據檢驗和評估。通過GIS和GPS模塊還可以將現場獲取的數據(文本、數字、圖片、視頻等)按照樁號定位,減少后期處理成本,減少人為誤差。另外通過各手持終端的聯網,可以了解其他工作人員的工作進展,方便總體調度。

  BIM+GIS的融合應用

  BIM技術在精確地理位置定位、空間地理信息分析和構筑周邊環境上都存在缺陷,而GIS可以完成構筑物的地理位置定位及其空間信息分析,輔助完善周邊大場景展示,進一步提高BIM模型的建筑信息完備性。將BIM和GIS進行優勢互補,BIM主要用于橋梁內部信息的管理和分析;GIS主要用于管理區域空間,分析空間地理信息數據。構建基于GPS和GIS技術的橋梁養護巡檢系統,將其與BIM模型相結合,并利用智能移動終端的優勢,可以很好地彌補傳統巡檢工作方式的諸多不足,大幅提高橋梁管理的精細化水平。如圖2所示。

  

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  圖2 基于BIM和GIS的橋梁巡檢流程

  徐浦大橋BIM+GIS應用案例

  徐浦大橋是上海市第三座跨越黃浦江的特大型橋梁,主橋長1.074公里,主跨跨徑590米,邊跨跨徑220米,橋面總寬35.95米,車道布置為雙向8車道。主橋采用雙塔雙索面的全飄浮體系,主跨主梁采用鋼-混凝土組合梁,邊跨采用預制梁拼裝的預應力混凝土。本項目采用Revit軟件建立徐浦大橋BIM模型,依據構件區域劃分為:主橋結構建模、主橋設施建模、主塔結構建模、主塔設施建模、引橋結構建模、引橋設施建模、匝道結構建模、匝道設施建模、其他附屬結構及設施建模等。

  

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  圖3 徐浦大橋BIM模型圖

  徐浦大橋BIM模型如圖3所示,大橋BIM全信息模型總構件數量約9440個,所有模型大小達到近1GB的數據量。為實現GIS+BIM融合的綜合應用,對原始BIM模型進行了輕量化處理,最終實現了GIS+BIM模型Web端和移動端的流暢瀏覽漫游,如圖4所示。

  

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  圖4 徐浦大橋GIS+BIM模型圖

  通過構建一個融合了BIM技術和GIS技術的綜合性管養平臺,對橋梁管養數據進行系統性的管理,利用其可視化的管理方式,結合移動互聯網技術,以及協同辦公、數據完整性等優勢,實現了橋梁數據的精細化、智慧化管理。下面介紹BIM+GIS平臺在徐浦大橋精細化管養中的主要應用。

  1.指揮調度

  在實景地圖上實時顯示各臺管養車輛位置,需要應急處理時,管理者通過對講機通知車上人員,布置任務,以最快速度進行車輛調度,顯著提高應急反應速度。

  2.模擬巡檢

  通過在平臺上預定行車路線,可真實模擬日常養護巡檢,隨時隨地觀測途徑路線的視頻圖像、交通設施和周邊環境信息。既解決了擁堵車流下的巡檢困難問題,又節能環保。

  3.橋梁病害可視化

  利用BIM模型的三維可視化特性,可以解決表格羅列無法直觀展示病害空間分布的問題。因為BIM具有準確的3D模型,病害信息可以被程序識別,將病害信息以圖形化的方式,精確地顯示在BIM模型對應的位置上,并可以不同顏色表示構件病害的程度,為管理者提供交互式、可視化的分析工具。

  4.移動端數據采集、運維管理

  通過移動端橋梁運營養護管理平臺的建設,實現手持終端現場采集、記錄病害信息,包括樁號、車道、路燈編號等內容,并通過軟件中設置類別提示減少人為的信息遺漏,提高信息采集的準確性和完備性。

  收集的數據儲存進入運營管理模塊,可將已儲存的信息發布、接收、上報、驗收,涵蓋病害維修全過程,可讓管理者實時把控病害處理進展。同理,可通過手持終端在事故現場進行應急事故申報,并實時查看應急事故處理現狀及追加進度。

  不同終端記錄的病害、運營等數據信息,統一匯總在綜合管理平臺上進行統計。管理單位可根據構件編碼,從不同的表格中調出所有與構件直接相關聯的檢測及維護數據,并加入日期變量,通過時間軸的方式顯示一個構件的變化狀況,對該構件的狀態進行持續追蹤。由于所有構件的病害類型以及維修方法、成本都有記錄及編碼,因此讓管理單位能估算維護經費,輔助管理單位進行維護預算的制定。

  結合上述徐浦大橋BIM+GIS綜合性管養平臺的應用實例分析,證明了以BIM+GIS技術為基礎,結合移動互聯技術,可實現高效、便捷的橋梁養護管理方式,具有很好的應用前景。

  本文刊載 / 《大橋養護與運營》雜志 2018年 第四期 總第4期

  作者 / 薛子欣

  作者單位 / 上海浦江橋隧運營管理有限公司

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