大型橋梁的全景可視化綜合管理技術(shù)研究

鄧榮光 馬欣寧

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550004； 2.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

大型橋梁的全景可視化綜合管理技術(shù)研究

鄧榮光1馬欣寧2

(1.貴州高速公路集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550004； 2.中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

研究了全景可視化綜合管理理念、技術(shù)框架、技術(shù)核心，明確了以數(shù)字虛擬的真實(shí)橋梁模型為載體的信息平臺(tái)組成部分，實(shí)現(xiàn)了操作信息的加載以及在信息中操作模型，從而實(shí)現(xiàn)在橋梁全生命周期內(nèi)提高工作效率和質(zhì)量的目的。

橋梁，全景可視化，資產(chǎn)管理，信息化技術(shù)

0 引言

21世紀(jì)的十年間，我國(guó)開(kāi)展了大規(guī)模的橋梁建設(shè)，橋梁建設(shè)成果不僅遍布了中東部平原地區(qū)，還突破了西部崇山峻嶺、高山峽谷間橋梁建設(shè)瓶頸。以江蘇蘇通長(zhǎng)江大橋、浙江舟山西堠門(mén)跨海大橋、重慶石板坡大橋和重慶朝天門(mén)大橋?yàn)榇淼墓沸崩瓨颉宜鳂?、梁橋和拱橋四大橋梁的單孔跨徑和以全長(zhǎng)36 km的杭州灣大橋?yàn)榇淼目绾ｉL(zhǎng)橋的建設(shè)規(guī)模和技術(shù)水平均達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，建設(shè)成果和技術(shù)成就令世界矚目，奠定了世界橋梁大國(guó)的基礎(chǔ)。一大批長(zhǎng)大橋梁的成功建成并運(yùn)營(yíng)良好，為行業(yè)積累了豐富的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理、安全保障及新材料和新裝備應(yīng)用方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)[1]。

“五縱七橫”12條國(guó)道主干線全部建成，覆蓋城鄉(xiāng)的公路交通網(wǎng)絡(luò)已初步形成，但與此不相適應(yīng)的卻是公路橋梁發(fā)展過(guò)程中的前后向支撐理論體系的薄弱與滯后。尤其是橋梁運(yùn)營(yíng)階段，需要面對(duì)超期服役的橋梁數(shù)量大、專(zhuān)業(yè)化隊(duì)伍人員不足、經(jīng)費(fèi)配套不全、主動(dòng)性養(yǎng)護(hù)意識(shí)不夠強(qiáng)和信息化的程度不夠高等問(wèn)題。所潛在的各種不確定性因素，往往會(huì)極大降低橋梁生命周期內(nèi)的安全性，導(dǎo)致橋梁安全事故的發(fā)生，威脅橋梁運(yùn)營(yíng)安全，各類(lèi)橋梁事故的發(fā)生，也給社會(huì)造成了巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失[2]。

1 養(yǎng)護(hù)信息化的必要性

1)我國(guó)公路橋梁建設(shè)成就高、底子薄。截至2013年年底，我國(guó)公路橋梁已達(dá)73.53萬(wàn)座，已經(jīng)成為名副其實(shí)的橋梁大國(guó)。圖1顯示我國(guó)公路橋梁總數(shù)從2001年年底的28.4萬(wàn)座發(fā)展到2013年年底的73.54萬(wàn)座，僅用了13年時(shí)間，每年新增的公路橋梁數(shù)量平均達(dá)3.5萬(wàn)座左右。

相對(duì)大橋的設(shè)計(jì)和建設(shè)水平，國(guó)內(nèi)大型橋梁管理方式仍比較落后，諸多橋梁缺乏有效的監(jiān)管和及時(shí)的養(yǎng)護(hù)，以致不少橋梁長(zhǎng)期帶病工作，甚至出現(xiàn)突發(fā)性破壞事故，造成了巨大的損失。

2)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)信息化建設(shè)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合橋梁養(yǎng)護(hù)的實(shí)際需求，傳統(tǒng)的土木工程行業(yè)正在不斷吸納最新的信息化技術(shù)。比較有代表性的是橋梁管理系統(tǒng)和橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的迅速發(fā)展。目前，橋梁管理系統(tǒng)和橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)趨向于形成統(tǒng)一的橋梁養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)。橋梁養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)是未來(lái)發(fā)展的方向，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將會(huì)推動(dòng)其發(fā)展。橋梁監(jiān)測(cè)有助于提升橋梁科學(xué)、精準(zhǔn)管養(yǎng)的水平，有助于延長(zhǎng)橋梁壽命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展可為橋梁監(jiān)測(cè)提供精準(zhǔn)、全面、可靠的數(shù)據(jù)。

2 全景可視化綜合管理理念

在我國(guó)高速公路大型橋梁迅速發(fā)展的過(guò)程中，人們也逐步認(rèn)識(shí)到其建設(shè)投資大，回收周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，中央提出建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)及構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的戰(zhàn)略思路，如何在加快高速公路建設(shè)進(jìn)程中，進(jìn)一步理順和規(guī)范管理體制，管好已有的龐大的高速公路資產(chǎn)，尤其是大型橋梁，更好地發(fā)揮其支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)作用，是交通行業(yè)面臨的一個(gè)重大而緊迫的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。然而，我國(guó)大型橋梁全景可視化綜合管理價(jià)值實(shí)現(xiàn)的理論探索落后于實(shí)踐活動(dòng)，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的健康發(fā)展。傳統(tǒng)的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)烙印還在大型橋梁管理中不時(shí)地表現(xiàn)出來(lái)，很不適應(yīng)大型橋梁全景可視化綜合管理的需要，也嚴(yán)重制約其價(jià)值的合理實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于大型橋梁的全景可視化綜合管理技術(shù)研究是具有很強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義的。大型橋梁工程的全景可視化綜合管理技術(shù)研究所面臨解決的問(wèn)題為：

1)如何較為規(guī)范有效地獲取各類(lèi)資產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)。

2)如何管理、使用獲取的資產(chǎn)屬性數(shù)據(jù)。

3)如何讓數(shù)據(jù)系統(tǒng)地說(shuō)話，規(guī)范從業(yè)者的行為。

4)如何有效利用相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)生前瞻性的養(yǎng)管規(guī)劃、延長(zhǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的使用壽命，降低使用風(fēng)險(xiǎn)和養(yǎng)管成本。

5)如何使各級(jí)管理者高效系統(tǒng)地監(jiān)管基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)并掌控風(fēng)險(xiǎn)。

3 全景可視化綜合管理技術(shù)框架

全景可視化綜合管理技術(shù)是近十年來(lái)在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種多維(三維、四維、五維、N維)模型信息集成技術(shù)，可以使橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)的所有參與方都能夠在數(shù)字虛擬的真實(shí)橋梁模型中操作信息和在信息中操作模型，從而實(shí)現(xiàn)在橋梁全生命周期內(nèi)提高工作效率和質(zhì)量，以及減少錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。全景可視化綜合管理技術(shù)應(yīng)用可以貫穿于項(xiàng)目決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)全過(guò)程，見(jiàn)圖2。

全景可視化綜合管理技術(shù)是三維模型、三維地理信息模型、協(xié)同文檔信息模型技術(shù)、資產(chǎn)信息模型技術(shù)的有機(jī)綜合，造就智慧橋梁的養(yǎng)護(hù)管理。

4 全景可視化綜合管理技術(shù)的核心

全景可視化綜合管理平臺(tái)構(gòu)建的核心工作為：根據(jù)結(jié)構(gòu)分析、危險(xiǎn)源分析和維護(hù)更換要求，對(duì)已有結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行單元化離散，建立基于唯一ID編碼的電子化單元體系，并將相應(yīng)屬性賦予每個(gè)單元體，通過(guò)對(duì)電子化單元的數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)全景可視化綜合管理，見(jiàn)圖3。

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的離散和編碼的過(guò)程相當(dāng)于對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的電子化“再設(shè)計(jì)”。合理的編碼結(jié)構(gòu)能夠使得對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、退化、收益的管理更加有效，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管養(yǎng)。

大型橋梁工程全景可視化綜合管理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上，是利用GIS，3D,二維碼,移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)搭建起的一個(gè)信息共享平臺(tái)。

通過(guò)對(duì)大型橋梁工程單元屬性的有效管理，達(dá)到提高大型橋梁工程資產(chǎn)可利用率、降低資產(chǎn)長(zhǎng)期運(yùn)行維護(hù)成本。同時(shí)達(dá)到對(duì)大型橋梁工程資產(chǎn)全壽命周期(或運(yùn)營(yíng)周期)的有效管理，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)期和可控，使其更加可靠耐久，提高企業(yè)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，大型橋梁工程全景可視化綜合管理技術(shù)的最終目標(biāo)是：依托大型橋梁資產(chǎn)，運(yùn)用技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、行政等手段為出行者提供安全、舒適、便捷的行車(chē)環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的保值、增值。

5 示例

中交公規(guī)院所開(kāi)發(fā)的、具有典型代表性的江陰長(zhǎng)江大橋全景可視化綜合管理系統(tǒng)界面，如圖4所示。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)立體、直觀展示，對(duì)所有橋梁監(jiān)測(cè)中心管理的橋梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，人工精細(xì)化建模，建立橋梁全部實(shí)體構(gòu)件可量測(cè)、可拆解的三維模型，實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)空間立體顯示。

全景可視化綜合管理技術(shù)作為一種新興的管理觀念，必然在未來(lái)占據(jù)更為重要的位置，它給工程的高完成度提供了完美的解決方案。在整個(gè)生命周期，全景可視化綜合管理技術(shù)都應(yīng)該發(fā)揮作用，直到橋梁拆除，該技術(shù)將記錄整個(gè)橋梁的生命周期的所有內(nèi)容，所以，在橋梁養(yǎng)護(hù)、管理等方面都能夠提供統(tǒng)一的解決方案，代表著未來(lái)的一種必然發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 王用中.第三屆全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會(huì)論文集[A].第三屆全國(guó)鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會(huì)[C].2010.

[2] 交公路發(fā)[2013]321號(hào)，關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理的若干意見(jiàn)[S].

[3] 交公路發(fā)[2011]505號(hào)，“十二五”公路養(yǎng)護(hù)管理發(fā)展綱要[S].

Research on panoramic visualization integrated management technology of large bridge

Deng Rongguang1Ma Xinning2

(1.GuizhouHighwayGroupLimitedCompany,Guiyang550004,China;2.CCCCHighwayPlanningandDesignInstituteLimitedCompany,Beijing100088,China)

This paper researched the panoramic visualization integrated management concept, technical framework, technical core, made clear to the information platform component taking the real bridge model of virtual digital as the carrier, realized the operation information loading and operation model in information, thus gained the purpose improving the work efficiency and quality in bridge life cycle.

bridge, panoramic visualization, asset management, information technology

2015-01-07

鄧榮光(1982- )，男，工程師

1009-6825(2015)08-0198-02

U445.1

A