面向運(yùn)維的鐵路橋梁BIM模型及全生命周期信息關(guān)聯(lián)研究

潘永杰， 劉曉光， 蔡德鉤， 趙欣欣

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

0 引言

運(yùn)維管理水平直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的服役壽命和運(yùn)營(yíng)成本，既有運(yùn)維模式有力保障了鐵路線路的運(yùn)營(yíng)安全。在全路逐步邁進(jìn)信息化、智能化發(fā)展的背景下，橋梁運(yùn)維管理也面臨一些適應(yīng)性調(diào)整問(wèn)題。當(dāng)前，運(yùn)維階段所需基礎(chǔ)信息主要來(lái)自紙質(zhì)竣工資料，在設(shè)備屬性查閱、臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)輸出、檢測(cè)計(jì)劃和維修方案制定時(shí)，短時(shí)間內(nèi)很難從海量的二維圖紙和文檔中獲取全面的信息，造成“數(shù)據(jù)夠用但不可用”。為了滿(mǎn)足運(yùn)維管理信息化發(fā)展需求，只能通過(guò)人工方式從龐雜的移交資料中對(duì)所需信息進(jìn)行提取、重組和結(jié)構(gòu)化，且信息的真實(shí)性、有效性和完整性需要多方核實(shí)，導(dǎo)致大量低效率、重復(fù)性工作；另外，數(shù)據(jù)資產(chǎn)不會(huì)因竣工交付終止增長(zhǎng)，運(yùn)維將帶來(lái)更大的增量數(shù)據(jù)。為了有效掌控鐵路橋梁結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)，需要對(duì)不同階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成關(guān)聯(lián)和融合分析。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全生命周期管理的核心技術(shù)，為從根本上解決項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各階段的信息斷層提供了支撐［1］。在橋梁工程的設(shè)計(jì)和施工階段，BIM 應(yīng)用多集中于標(biāo)準(zhǔn)制定及基于模型或平臺(tái)的實(shí)踐［2］；在運(yùn)維階段，主要側(cè)重于BIM 管理系統(tǒng)架構(gòu)研究［3］和典型應(yīng)用場(chǎng)景探討［4-5］，對(duì)運(yùn)維BIM 模型本身及全生命周期信息關(guān)聯(lián)研究相對(duì)較少。因此，有必要以需求為導(dǎo)向，開(kāi)展鐵路橋梁運(yùn)維BIM 技術(shù)應(yīng)用研究，通過(guò)分析基于BIM 的多維度應(yīng)用需求，探索鐵路橋梁運(yùn)維BIM 模型構(gòu)建及全生命周期信息關(guān)聯(lián)實(shí)施路徑，為鐵路橋梁運(yùn)維管理的信息化、智能化提供有力支撐。

1 應(yīng)用需求分析

在鐵路橋梁工程項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維等不同階段的組織和管理模式相對(duì)獨(dú)立，因工作目標(biāo)、工作重點(diǎn)及流程環(huán)節(jié)不同，關(guān)注對(duì)象和責(zé)任主體的差別較大。

（1）設(shè)計(jì)階段：關(guān)注結(jié)構(gòu)體系，側(cè)重于結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、疲勞、耐久性等，成果體現(xiàn)在橋梁實(shí)體的圖形化表達(dá)，主體為設(shè)計(jì)單位。

（2）施工階段：關(guān)注施工質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本、工期、工藝工法等，成果體現(xiàn)在通過(guò)施工控制確保成橋狀態(tài)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，主體為施工單位。

（3）運(yùn)維階段：關(guān)注竣工后設(shè)施對(duì)象病害的精準(zhǔn)定位和準(zhǔn)確描述、檢養(yǎng)規(guī)范操作、物料統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備服役狀態(tài)等，成果體現(xiàn)在通過(guò)全方位設(shè)備管理保障橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，主體為運(yùn)維單位。

BIM是面向?qū)ο蟮男畔⒛Ｐ停?xiàng)目不同階段應(yīng)建立和維護(hù)各自的BIM 模型，以滿(mǎn)足對(duì)象組織形式和技術(shù)特征的差異化需求。以鋼桁梁正交異性橋面板為例，設(shè)計(jì)考慮結(jié)構(gòu)受力及制造加工，存在跨節(jié)間的橋面板單元，即1個(gè)節(jié)間的橋面板單元數(shù)量不是整數(shù)；大節(jié)段（一般為2 個(gè)節(jié)間）施工架設(shè)中，施工單元為包括上下弦桿、腹桿、橋面板單元等的整體節(jié)段。運(yùn)維人員更習(xí)慣從空間角度對(duì)橋面板單元進(jìn)行描述辨識(shí)，即橫橋向按照線別進(jìn)行劃分，順橋向按照節(jié)間進(jìn)行單獨(dú)定義。

由此可見(jiàn)，同一種構(gòu)件對(duì)象在不同階段，有不同組合、拆分需求，應(yīng)從不同維度綜合考慮鐵路橋梁運(yùn)維的BIM 應(yīng)用需求，以確定運(yùn)維模型單元和對(duì)應(yīng)的模型精度。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)維度

（1）分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)：充分考慮運(yùn)維階段的工作流程和管理要求，對(duì)《鐵路工程信息模型分類(lèi)與編碼標(biāo)準(zhǔn)》［6］中的構(gòu)件表、工項(xiàng)表、角色表、組織表、產(chǎn)品表等進(jìn)行補(bǔ)充、修訂和統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)橋梁工程分類(lèi)與編碼的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，從而滿(mǎn)足鐵路橋梁在不同階段、不同層次的模型應(yīng)用需求。

（2）交付標(biāo)準(zhǔn)：結(jié)合數(shù)字化檔案的發(fā)展趨勢(shì)和運(yùn)維管理需求，建立施工向運(yùn)維交付的統(tǒng)一流程，規(guī)范交付內(nèi)容、數(shù)據(jù)和形式要求等，確保基于BIM 模型交付的完整性、合規(guī)性和有效性，實(shí)現(xiàn)施工到運(yùn)維數(shù)據(jù)的互通。

（3）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：引導(dǎo)、規(guī)范BIM 技術(shù)在日常巡檢、養(yǎng)護(hù)維修、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急預(yù)案、資產(chǎn)管理和多源數(shù)據(jù)集成等方面的應(yīng)用，建立橋梁運(yùn)維BIM 技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化流程。

1.2 數(shù)據(jù)維度

（1）基礎(chǔ)類(lèi)數(shù)據(jù)：橋梁運(yùn)維必需的初始資料是開(kāi)展后期管理工作的基礎(chǔ)，如橋梁基本信息、設(shè)計(jì)或竣工交付圖紙、設(shè)備臺(tái)賬、養(yǎng)修標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的文檔、照片、音視頻等技術(shù)資料。該部分屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)，具有形式多樣、內(nèi)容相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)。

（2）增量類(lèi)數(shù)據(jù)：橋梁運(yùn)維管理中生產(chǎn)計(jì)劃、檢測(cè)監(jiān)測(cè)和養(yǎng)護(hù)維修等產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)，如橋梁的檢查、保養(yǎng)、維修、病害發(fā)展、健康監(jiān)測(cè)等。該部分屬于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，具有時(shí)序性、實(shí)時(shí)性和發(fā)展連續(xù)性的特點(diǎn)。

（3）決策類(lèi)數(shù)據(jù)：對(duì)基礎(chǔ)類(lèi)數(shù)據(jù)和運(yùn)維增量類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)挖掘等分析處理，獲取如橋梁狀態(tài)評(píng)定、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、工效統(tǒng)計(jì)和成本分析等結(jié)果數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)直接服務(wù)于橋梁運(yùn)維管理，具有融合度高、價(jià)值大的特點(diǎn)。

1.3 業(yè)務(wù)維度

（1）資產(chǎn)管理：進(jìn)行鐵路橋梁資產(chǎn)的可視化管理，通過(guò)BIM 技術(shù)對(duì)運(yùn)維模型單元的三維空間位置和從屬關(guān)系進(jìn)行可視化表達(dá)；對(duì)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行一體化綜合展示，方便管理者直觀全面地掌握橋梁整體狀況。

（2）運(yùn)維應(yīng)用：BIM技術(shù)與運(yùn)維業(yè)務(wù)深度融合，建立基于BIM 的計(jì)劃制定、檢查執(zhí)行、養(yǎng)修管理和作業(yè)驗(yàn)收等的閉環(huán)處理機(jī)制，考慮工電供一體化維修、突發(fā)事件處理應(yīng)急預(yù)案等不同應(yīng)用場(chǎng)景，提升運(yùn)維管理水平，促進(jìn)管養(yǎng)模式升級(jí)。

（3）多源數(shù)據(jù)融合分析：BIM 技術(shù)融合設(shè)計(jì)、施工、人工檢查、移動(dòng)檢測(cè)、固定監(jiān)測(cè)等全生命周期內(nèi)的關(guān)鍵信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析及專(zhuān)家支持系統(tǒng)，提前預(yù)知橋梁狀態(tài)，為橋梁結(jié)構(gòu)的故障預(yù)測(cè)與健康管理提供基礎(chǔ)。

2 模型精度研究

2.1 運(yùn)維模型單元

不同的橋梁結(jié)構(gòu)形式，其包含構(gòu)件種類(lèi)差別也較大。當(dāng)橋梁某處桿件、零件發(fā)生病害時(shí)，病害信息應(yīng)準(zhǔn)確定位、單獨(dú)關(guān)聯(lián)到相應(yīng)模型單元。因此，橋梁運(yùn)維對(duì)象需按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型，結(jié)合現(xiàn)行維修規(guī)則［7-8］和描述習(xí)慣進(jìn)行分類(lèi)，以滿(mǎn)足信息關(guān)聯(lián)、交付和管理的精細(xì)化要求。

以廣泛應(yīng)用的高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔?，其運(yùn)維模型單元?jiǎng)澐质疽庖?jiàn)圖1。

圖1 簡(jiǎn)支梁橋運(yùn)維模型單元?jiǎng)澐质疽鈭D

如圖1 所示，該劃分不僅方便設(shè)備臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)輸出，也與橋隧建筑物修理規(guī)則相適應(yīng)，為不同病害類(lèi)型、劣化程度的準(zhǔn)確關(guān)聯(lián)和橋梁狀態(tài)評(píng)定提供了條件。

2.2 運(yùn)維BIM模型精度

模型精度包括幾何精度和信息深度，隨著建設(shè)過(guò)程的推進(jìn)，原則上模型單元幾何精度和信息深度應(yīng)向高幾何精度、高信息深度遞進(jìn)，全生命周期信息最終集成至運(yùn)維BIM模型，該模型精度最高。

橋梁運(yùn)維管理本身粒度較細(xì)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維需求是完全的所見(jiàn)即所得，即實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)的任一構(gòu)件或零件（如螺栓、檢查門(mén)、照明設(shè)施）都宜體現(xiàn)在模型上，模型整體幾何精度越高越好。但是，過(guò)高的幾何精度對(duì)軟硬件配置要求高，部分構(gòu)件采用基本模型甚至直接忽略也能滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)維需求［9］。因此，橋梁結(jié)構(gòu)不同運(yùn)維BIM 模型單元的幾何精度可設(shè)置不同等級(jí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)需求，確定最佳平衡點(diǎn)，允許低幾何精度和高信息深度的存在。

2.3 信息分類(lèi)

橋梁運(yùn)維BIM 模型信息深度等級(jí)高、內(nèi)涵豐富，根據(jù)業(yè)務(wù)需求存在多種分類(lèi)方式。結(jié)合橋梁設(shè)備設(shè)施運(yùn)維管理特點(diǎn)，按照數(shù)據(jù)格式、階段屬性及信息穩(wěn)定程度，對(duì)運(yùn)維BIM模型信息進(jìn)行分類(lèi)劃分（見(jiàn)圖2）。

圖2 鐵路橋梁運(yùn)維BIM模型信息分類(lèi)

如圖2所示，運(yùn)維BIM模型信息可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中，按照橋梁結(jié)構(gòu)生命期時(shí)間維度的不同進(jìn)行信息分組，參考鐵路BIM 聯(lián)盟《鐵路工程信息交換模板編制指南（試行）》：設(shè)計(jì)階段劃分為身份描述、定位信息、幾何信息和技術(shù)信息4 組，施工階段劃分生產(chǎn)信息和驗(yàn)收信息2 組，運(yùn)維階段劃分為資產(chǎn)信息、檢測(cè)信息、監(jiān)測(cè)信息、養(yǎng)修信息和狀態(tài)評(píng)估5組［10］。其中，設(shè)計(jì)、施工階段的信息，以及運(yùn)維階段的資產(chǎn)信息較穩(wěn)定，為靜態(tài)信息，屬基礎(chǔ)類(lèi)數(shù)據(jù)范疇；而運(yùn)維階段的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)、養(yǎng)修信息及狀態(tài)評(píng)估等內(nèi)容隨運(yùn)維過(guò)程不斷更新，為動(dòng)態(tài)信息，屬增量類(lèi)和決策類(lèi)數(shù)據(jù)范疇。

3 全生命周期信息關(guān)聯(lián)實(shí)施路徑

3.1 路徑選擇

運(yùn)維階段是橋梁全生命周期中的絕對(duì)主體，也是設(shè)計(jì)、施工信息的最終流向和發(fā)揮價(jià)值之處。運(yùn)維BIM模型不僅繼承來(lái)自設(shè)計(jì)、施工過(guò)程的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，還要關(guān)聯(lián)融合服役期中的各種信息，進(jìn)而為運(yùn)維階段提供高效、便捷服務(wù)?；贐IM 的全生命周期信息關(guān)聯(lián)有2種途徑：

（1）從設(shè)計(jì)源頭出發(fā)。基于IFC存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)統(tǒng)一的存儲(chǔ)格式實(shí)現(xiàn)多方信息共享，將鐵路工程不同階段信息交換內(nèi)容嵌入底層標(biāo)準(zhǔn)，確保全生命周期不同階段信息的添加，最終實(shí)現(xiàn)全過(guò)程信息的關(guān)聯(lián)。鐵路BIM 聯(lián)盟牽頭編制國(guó)際鐵路IFC 標(biāo)準(zhǔn)，軌道、通信、信號(hào)等第1 階段成果已通過(guò)建筑智慧國(guó)際聯(lián)盟（buildingSMART，bSI）標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)審核，正式成為候選標(biāo)準(zhǔn)，但距離發(fā)布還有協(xié)調(diào)、初步鑒定等環(huán)節(jié)，暫不能成為當(dāng)前解決鐵路橋梁運(yùn)維信息管理的最佳手段。

（2）以運(yùn)維需求為導(dǎo)向。以竣工交付圖紙或竣工驗(yàn)收模型為基礎(chǔ)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求及維修規(guī)則定義運(yùn)維對(duì)象，創(chuàng)建面向運(yùn)維應(yīng)用的BIM 三維模型，主動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、施工階段信息，形成運(yùn)維階段的BIM 基礎(chǔ)模型，基于此基礎(chǔ)模型進(jìn)行管養(yǎng)信息的數(shù)字化采集、動(dòng)態(tài)添加和實(shí)時(shí)更新，即“運(yùn)維BIM 模型=運(yùn)維基礎(chǔ)模型+運(yùn)維動(dòng)態(tài)信息（增量類(lèi)&決策類(lèi)數(shù)據(jù)）”。一方面，該途徑有利于BIM 技術(shù)在橋梁運(yùn)維管理人員中普及，引導(dǎo)深層次功能應(yīng)用，促進(jìn)管養(yǎng)模式升級(jí)，特別針對(duì)既有運(yùn)營(yíng)橋梁具有重大的BIM 技術(shù)推廣意義；另一方面，BIM技術(shù)在運(yùn)維階段的應(yīng)用嘗試，將進(jìn)一步引導(dǎo)橋梁設(shè)計(jì)、施工BIM 技術(shù)應(yīng)用的深化完善，有利于設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵信息的有效傳遞，為橋梁數(shù)據(jù)資產(chǎn)的全生命周期管理提供支撐。

考慮基于BIM 的全生命周期信息直接傳遞仍存在一定難度，因此選擇第2種途徑進(jìn)行橋梁全生命周期信息關(guān)聯(lián)探索和研究。

3.2 基礎(chǔ)模型創(chuàng)建

3.2.1 竣工驗(yàn)收模型與運(yùn)維基礎(chǔ)模型

《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)》將竣工和運(yùn)維階段的模型精度定義為L(zhǎng)OD5.0，但對(duì)兩者的關(guān)系未明確說(shuō)明［11］；《建筑信息模型施工應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：施工模型可包括深化設(shè)計(jì)模型、施工過(guò)程模型和竣工驗(yàn)收模型［12］。由此可知，竣工驗(yàn)收模型是施工階段的最終交付物。

目前，鐵路施工質(zhì)量驗(yàn)收按照檢驗(yàn)批、分項(xiàng)、分部和單位工程進(jìn)行逐級(jí)檢驗(yàn)。若竣工驗(yàn)收模型是在橋梁施工模型（不包括施工輔助措施）基礎(chǔ)上直接添加驗(yàn)收數(shù)據(jù)，施工BIM工作量較小，后期應(yīng)根據(jù)運(yùn)維需求對(duì)竣工驗(yàn)收模型進(jìn)行重新組織；若在運(yùn)維提前介入過(guò)程中充分考慮橋梁運(yùn)維管理內(nèi)容和應(yīng)用場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)竣工驗(yàn)收模型和運(yùn)維基礎(chǔ)模型的統(tǒng)一，此時(shí)“運(yùn)維BIM 模型=竣工驗(yàn)收模型+運(yùn)維動(dòng)態(tài)信息（增量類(lèi)&決策類(lèi)數(shù)據(jù)）”，其施工BIM工作量較大、協(xié)同配合深度需加強(qiáng)。因此，單以模型單元及其幾何精度而言，竣工驗(yàn)收模型與運(yùn)維基礎(chǔ)模型是否相同，取決于具體的管理模式和實(shí)施方式。

3.2.2 模型創(chuàng)建

運(yùn)維基礎(chǔ)模型創(chuàng)建有2種方法：

（1）基于模型繼承和模型可用的重構(gòu)。對(duì)竣工驗(yàn)收模型單元進(jìn)行拆分或組合以滿(mǎn)足幾何精度要求，對(duì)竣工驗(yàn)收中的相關(guān)數(shù)據(jù)、文檔、影像等信息進(jìn)行映射處理和模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工關(guān)鍵信息的有效繼承以滿(mǎn)足基礎(chǔ)信息深度要求。基于竣工驗(yàn)收的運(yùn)維基礎(chǔ)模型構(gòu)建流程見(jiàn)圖3。

圖3 基于竣工驗(yàn)收的運(yùn)維基礎(chǔ)模型構(gòu)建流程

（2）重新翻模。從滿(mǎn)足橋梁設(shè)施的資產(chǎn)管理和養(yǎng)護(hù)維修等要求出發(fā)，基于竣工交付圖紙重建運(yùn)維基礎(chǔ)模型，通過(guò)定義數(shù)據(jù)接口集成設(shè)計(jì)和施工信息，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展橋梁運(yùn)維管理，實(shí)現(xiàn)全生命周期基于數(shù)字孿生的物理與信息系統(tǒng)融合。面向使用需求的運(yùn)維基礎(chǔ)模型構(gòu)建及應(yīng)用流程見(jiàn)圖4。

圖4 面向使用需求的運(yùn)維基礎(chǔ)模型構(gòu)建及應(yīng)用流程

上述2種方法最終都能形成滿(mǎn)足運(yùn)維需求的BIM模型，采用第2種方法探索全生命周期信息的關(guān)聯(lián)。

3.3 信息集成關(guān)聯(lián)研究

鐵路運(yùn)維階段協(xié)同管理的核心是信息集成。結(jié)合交付精度標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)運(yùn)維構(gòu)件，基于模型信息適用的原則，分別建立標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維信息模板，選用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式文檔存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，基于構(gòu)件ID 編號(hào)和IFD 編碼實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)信息的關(guān)聯(lián)。運(yùn)維BIM 模型全生命周期信息集成關(guān)聯(lián)技術(shù)路線見(jiàn)圖5。

圖5 運(yùn)維BIM模型全生命周期信息集成關(guān)聯(lián)技術(shù)路線

（1）設(shè)計(jì)信息來(lái)源于協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)、數(shù)字化交付系統(tǒng)等。以球型支座設(shè)計(jì)為例，其設(shè)計(jì)階段技術(shù)信息示例見(jiàn)表1。

表1 球型支座設(shè)計(jì)屬性——技術(shù)信息示例

除了結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)信息外，還可在設(shè)計(jì)屬性中增加圖紙編號(hào)，建立與圖紙文件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，方便圖模的對(duì)應(yīng)查看。

（2）施工信息來(lái)源于多個(gè)方面，如鐵路工程管理平臺(tái)、施工BIM 管理系統(tǒng)、二維碼管理系統(tǒng)及施工單位提供的施工臺(tái)賬和文本文檔等。以高強(qiáng)螺栓連接施工為例，其施工階段生產(chǎn)信息示例見(jiàn)表2。

表2 高強(qiáng)螺栓連接施工屬性——生產(chǎn)信息示例

針對(duì)施工與運(yùn)維BIM 模型對(duì)象劃分的不同，可通過(guò)一對(duì)多或多對(duì)一的映射方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

（3）運(yùn)維信息來(lái)源較廣，與一線人員密切相關(guān)的主要涉及2 方面：一是智能檢養(yǎng)子系統(tǒng)，集成巡檢計(jì)劃、人工檢查及養(yǎng)護(hù)維修數(shù)據(jù)、物料消耗、狀況評(píng)分等；二是健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)的實(shí)時(shí)展示、趨勢(shì)分析和綜合研判，對(duì)異常事件的及時(shí)報(bào)警，最終實(shí)現(xiàn)鐵路橋梁基于BIM 的全生命周期信息綜合展示。智能檢養(yǎng)子系統(tǒng)病害信息可視化采集界面見(jiàn)圖6，全生命周期信息綜合展示界面見(jiàn)圖7。

圖6 病害信息可視化采集界面

圖7 全生命周期信息綜合展示界面

受限于不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)協(xié)同性和設(shè)計(jì)、施工水平數(shù)字化程度，設(shè)計(jì)、施工大部分信息暫以人工梳理為主，通過(guò)開(kāi)發(fā)導(dǎo)入工具實(shí)現(xiàn)屬性模板信息的審核和入庫(kù)。隨著數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的落地完善及信息化技術(shù)廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有模式有望得到根本性改變，并有力提升鐵路橋梁全生命周期信息的流轉(zhuǎn)效率和共享深度。

4 問(wèn)題討論

4.1 解決模型信息深度矛盾

由于運(yùn)維BIM 模型幾何精度等級(jí)高，導(dǎo)致建模工作量大，對(duì)輕量化技術(shù)和硬件網(wǎng)絡(luò)資源要求高，實(shí)際情況是僅極少部分構(gòu)件或零件發(fā)生缺欠（多數(shù)為附屬設(shè)施），后期應(yīng)用與前期投入不協(xié)調(diào)。因此，可充分考慮基本模型與參考模型的應(yīng)用范圍［9］，標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支梁運(yùn)維BIM 模型采用簡(jiǎn)化基本模型，幾何精度等級(jí)為G1.0或G2.0，特殊結(jié)構(gòu)橋梁可建立高幾何精度精細(xì)化模型。同時(shí)，考慮“GIS+BIM”技術(shù)融合，線狀工程的統(tǒng)計(jì)信息可基于GIS進(jìn)行宏觀展示，特殊結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)入BIM系統(tǒng)進(jìn)行微觀處理。

運(yùn)維BIM 模型信息深度應(yīng)達(dá)到最高級(jí)的N4.0，不僅包括資產(chǎn)和維護(hù)信息，也涵蓋生產(chǎn)和安裝信息。橋梁結(jié)構(gòu)的竣工交付意味著施工過(guò)程各項(xiàng)指標(biāo)都符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，施工過(guò)程留存的安全、質(zhì)量、進(jìn)度等大部分信息無(wú)須傳遞到運(yùn)維階段。當(dāng)構(gòu)件或零件出現(xiàn)重大問(wèn)題時(shí)，才需要追溯施工過(guò)程關(guān)鍵信息，挖掘運(yùn)維病害發(fā)生時(shí)設(shè)計(jì)、施工階段的致因環(huán)節(jié)，進(jìn)而為避免類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生提供全生命周期的互反饋。因此，應(yīng)研究確定運(yùn)維期所需施工過(guò)程數(shù)據(jù)的種類(lèi)和格式，以便有針對(duì)性地交付關(guān)聯(lián)。

4.2 完善BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

由于鐵路橋梁在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段聚焦的重點(diǎn)不同，不同階段要形成完整的信息鏈條，除了在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面進(jìn)行突破，還應(yīng)規(guī)范實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)。要大力推進(jìn)BIM 技術(shù)在不同階段的應(yīng)用，提升管理人員的信息化應(yīng)用水平和BIM 交付意識(shí)，制定并完善不同階段的交付標(biāo)準(zhǔn)和行為標(biāo)準(zhǔn)等，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的落地驗(yàn)證逐步固化BIM技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化管理模式。

4.3 保證模型持續(xù)可用

設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段之間信息孤島的存在降低了BIM 技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，為實(shí)現(xiàn)資源的有效共享和協(xié)同，可從全生命周期管理的角度出發(fā)，充分考慮上下游使用需求，依托數(shù)字化交付探索BIM 模型的持續(xù)可用性，一方面基于鐵路EPC 項(xiàng)目，形成新管理模式下BIM應(yīng)用的統(tǒng)一交付，另一方面各階段工作可適當(dāng)前后延伸、相互交叉、互為所用，提高BIM模型利用率。

4.4 建立全生命周期數(shù)據(jù)管控體系

鐵路工程信息化的快速推進(jìn)帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)數(shù)據(jù)迅猛增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)的良好質(zhì)量和有效管理為整個(gè)行業(yè)帶來(lái)巨大的潛在價(jià)值。但是，不同系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、內(nèi)容不準(zhǔn)確或真實(shí)性差，帶給使用者和決策者諸多困擾，動(dòng)搖了數(shù)據(jù)融合和大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)建立全生命周期的數(shù)據(jù)質(zhì)量管控體系，涉及數(shù)據(jù)種類(lèi)的齊全性、準(zhǔn)確性和可用性，通過(guò)建立數(shù)據(jù)定義、收集、交互、核查和維護(hù)過(guò)程的體系化、制度化和流程化，明確數(shù)據(jù)生產(chǎn)輸出方的相關(guān)權(quán)責(zé)，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，最終實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)夠用且好用”。

5 結(jié)論

（1）鐵路橋梁運(yùn)維BIM 應(yīng)用需求涉及標(biāo)準(zhǔn)維度的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)維度的基礎(chǔ)類(lèi)數(shù)據(jù)、增量類(lèi)數(shù)據(jù)和決策類(lèi)數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)維度的資產(chǎn)管理、基于BIM 的運(yùn)維應(yīng)用和基于BIM 的多源數(shù)據(jù)融合分析。

（2）鐵路橋梁運(yùn)維模型單元可按照結(jié)構(gòu)類(lèi)型，結(jié)合現(xiàn)行維修規(guī)則和描述習(xí)慣進(jìn)行分類(lèi)劃分。不同運(yùn)維BIM模型單元的幾何精度可設(shè)置不同等級(jí)，允許低幾何精度和高信息深度共存。運(yùn)維BIM 模型信息可按照數(shù)據(jù)格式分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；按照階段屬性分為設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維3 部分共計(jì)11 組信息；按照信息穩(wěn)定程度分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息。

（3）給出基于BIM的全生命周期信息關(guān)聯(lián)的2種途徑，提出現(xiàn)階段采取“運(yùn)維BIM 模型=運(yùn)維基礎(chǔ)模型+運(yùn)維動(dòng)態(tài)信息（增量類(lèi)&決策類(lèi)數(shù)據(jù)）”途徑的可行性。分析竣工驗(yàn)收模型與運(yùn)維基礎(chǔ)模型的區(qū)別，并給出運(yùn)維基礎(chǔ)模型構(gòu)建的2種方法：基于模型繼承、模型可用的重構(gòu)以及重新翻模。

（4）基于重新翻模，給出運(yùn)維BIM 模型全生命周期信息集成關(guān)聯(lián)方法：通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維信息模板，選用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式文檔存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，基于構(gòu)件ID 編號(hào)和IFD 編碼實(shí)現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)信息的關(guān)聯(lián)。限于目前數(shù)字化程度，設(shè)計(jì)和施工屬性模板信息，可采用人工梳理、批量導(dǎo)入方式實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)類(lèi)數(shù)據(jù)的集成。

（5）分析討論運(yùn)維模型信息深度矛盾性、BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)完善的緊迫性、BIM模型持續(xù)可用和全生命周期數(shù)據(jù)管控體系建立的必要性，并提出相關(guān)思路建議。