特大型桥梁走进运维时代

特大型桥梁走进运维时代

 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` Y A Z W b !程项目的规划、设计、施工、运营维护全生命周期技Y d U O n s ^ $ !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R \ 5 h b y t建造、# H m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R } I c + T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。d & % ]

当时的开发设想是,BIM技术在国内桥6 O / ` ~ e I梁工程中的应用将促进我国桥梁e + 4 p - z R r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m B r \ *制拼装施工和管理为突破点,研究应用BIM4 ? r ! 9技术。

2015年3月,南沙大桥| [ & ~ 6BIM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p q \ s通运输部t + V & J u _公路科学研究院主要承担,设计、施工、制造、监D q ^ S 9 L G \ t理、监控等单位协同。整个项目分两期工程实施:第一期3 O G ^ K工程侧& w 5 ,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

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在&ldy U \ cquo;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n V S c B ` T p用模式。总结- ] V q Z d c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@ h H Q c * b n二层次是BIMb 9 } h n &+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) { % H | $ z S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

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攻克了大尺度BIM模e t ~ D * D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[ ` a W上百倍级 的压缩N ? n + ; 6,获得百兆级以上6 D I 9 : M rBIM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&ldq? j S zuo;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I - m 5 %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4 ~ B ( _ R x /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B . @ 6 n 9成品钢箱梁进行虚拟检测和预拼装,提高了拼装\ t l ) 3 ;精度,同时降低拼装施工成本。

全寿命周期物联管理t 5 s ;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c T ) i g ? c t (和设备工作状态,提升了悬索桥上构施工的自H X 1 3 k f动化程度,保障施工质量和安全。

整体来看,在建设期间,对[ I - D P d ^ W C于图纸问题的? & A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? m t L奠定基础;钢箱d - J u _ Z e梁焊缝检测一次性合格9 I ^ 0 U L j _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。

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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,b 7 W R H @ 6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H # % ~ # ; . _溯的档案管理等需求。通过搭建运营养护BIM平3 n ( g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、\ v = 1 T 8 y g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c T } R l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! 9 *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8 ` v 5 ~ z O _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J s ^ @ Q型的目的,基于SI . duperMa9 : i ) E rp 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% h ^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c ; / k % 4 a )瓦片;将BIM模型生成具有多级LODz ^ Y e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G k 7 [编码规则,规范和统一基于 BIM 技术的T ) e O T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_ I _关管理需求及要求,实现南沙大( , n \ a桥结构设施的全生命期管理。

南沙大桥BIM协同管理平p ` 3 5 M E a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] s Z ^ a q L %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- U F B V 7 B r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B # V [ 4 w v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p 9 + _ m * X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。

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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o - R ( . o l ) k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y ! \ ) 4 I P护期衔接过程中需重点解决三个传递U z H c y D G 6 j——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{ z B ?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W ; b / d p ~ E O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T ) =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,o h Q ) @ * : R =开发基于BIM技# e V X }术的南沙大桥运营集成管理平台,实现大m , 4 , w | ` b I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@ + e 5展示,辅助v H G决策分析与质量溯源。

依据《) j 0 [ 4 a / b公路桥涵养护规范》《公路桥梁技术状况评定标准》《南沙大桥? s K ]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[ K v Y , J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R S @N ~ g -y 5 j 8 u M T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O g 6 M ? a d _效率U [ ~ _ O p g P信息沟j R K v f ` o 3 s通和协同工作的平台。

特大型桥梁走进运维时代

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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V X 6 E A u ) ;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! F @ h &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6 + ( m,进而实现两个时期相关档1 P 0 5 2 - T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] m r s C 9判断结构病害及状况成因,并辅助养护决策6 Z Y , . !

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| [ i a D G z j流。

辅助E u \ { = I % ^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% 8 / 5 :的病害类型进行维修对策检索,辅助a % H w A N r进行养护方案制定。J M R o `

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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V G i d T a T 3 r合和业务协同为基础,综合利用移动互联网、大数据、S V f 1 t i B V云计算、BIM等信息技术, 提供c ! U g l I \数据采集、桥梁巡检、养护管理、辅R G S U a Y y q #e p M决策等服务,为管理者提供科= l Z学养护决策依据。

移动巡检终端,APP端的核心功g O 1 G , o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X d ~ / B方面,可查看Z ) 3 + ] e * I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) 3 b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,n n % O / R 9APP原位快速采集数据、巡检数据实时X { C + : \ \ 9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。

BI4 P r ( Z |M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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