“新基建”下橋梁嬗變之思

文/本刊記者 汪玚

有專家指出，中國加快推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是一項(xiàng)“既應(yīng)需求而建，也謀未來而建”的戰(zhàn)略布局。

疫情給世界經(jīng)濟(jì)帶來的創(chuàng)傷，讓更多人看到，未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展將更依賴物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等數(shù)字“新基建”。

有專家指出，中國加快推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并非僅僅是為對沖全球性經(jīng)濟(jì)下滑而出臺的救市之策，而是推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的主動謀劃，是一項(xiàng)“既應(yīng)需求而建，也謀未來而建”的戰(zhàn)略布局。

疫情沖擊下的世界正在發(fā)生深刻變化，面臨更多不穩(wěn)定不確定因素。且看橋梁工程領(lǐng)域如何在“新基建”政策背景下，完成傳統(tǒng)行業(yè)被賦能的華麗轉(zhuǎn)身，在危機(jī)中育新機(jī)，于變局中開新局。

BIM技術(shù)：開創(chuàng)橋梁全生命周期的“云梯”

有觀點(diǎn)認(rèn)為，“新基建”是未來交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)行業(yè)發(fā)展的新方向，BIM技術(shù)則是“新基建”的模型和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，只有把握BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)才能把握“新基建”的脈搏。

事實(shí)上，交通人早已開始探索基于全生命周期的BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營管理中的應(yīng)用研究。

我國高鐵首批BIM設(shè)計(jì)施工試點(diǎn)項(xiàng)目之一——白沙沱長江特大橋的鋼梁架設(shè)，我國乃至亞洲唯一一座僅存的魚腹式鋼桁架橋梁—浙江路橋移橋工程，中國自主設(shè)計(jì)建造、世界上首座跨度超千米的公鐵兩用斜拉橋，設(shè)計(jì)建造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了五個(gè)“世界首創(chuàng)”的—滬通長江大橋的全生命周期各階段BIM應(yīng)用……

融合先進(jìn)信息技術(shù)，建立包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、養(yǎng)護(hù)維修等內(nèi)容的全生命周期BIM管養(yǎng)系統(tǒng)，將動態(tài)軌檢車、靜態(tài)軌道監(jiān)測系統(tǒng)、橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、工務(wù)監(jiān)(檢)測等信息納入多維度的監(jiān)測內(nèi)容。采取多源數(shù)據(jù)分析手段，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)性能評判、預(yù)測和健康管理的綜合技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)大橋維護(hù)管理的信息化、自動化和智能化，最終實(shí)現(xiàn)基于“狀態(tài)修”的橋梁智慧管養(yǎng)模式升級。

溫州甌江北口大橋：BIM+互聯(lián)網(wǎng)=全壽命周期信息化協(xié)同管理

說起基于橋梁全生命周期的BIM技術(shù)，就不得不提起一座橋——甌江北口大橋，這是國內(nèi)首個(gè)采用“BIM+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)進(jìn)行全壽命周期信息化協(xié)同管理的橋梁工程。

這項(xiàng)技術(shù)可以將現(xiàn)場沉井施工、索塔施工、主纜架設(shè)、錨碇施工、鋼桁梁安裝等分部分項(xiàng)工程現(xiàn)場的實(shí)施進(jìn)度實(shí)時(shí)上傳至平臺，實(shí)現(xiàn)可視化、系統(tǒng)化、科學(xué)化管理，以達(dá)成橋梁建管養(yǎng)信息無縫銜接。

3月27日上午，甌江大橋主橋鋼混結(jié)合段順利起吊，標(biāo)志著甌江特大橋施工進(jìn)入攻堅(jiān)決戰(zhàn)階段

溫州甌江北口大橋作為世界級的橋梁工程，同時(shí)作為交通運(yùn)輸部BIM技術(shù)研發(fā)中心，構(gòu)建了基于“BIM+GIS”“釘釘+簡道云”的全新移動信息化協(xié)同管理平臺，創(chuàng)新“一次也不跑”24小時(shí)掌上辦公模式，打通工地試驗(yàn)室、砼拌合站、預(yù)應(yīng)力張拉、大體積砼溫控、沉井監(jiān)控等設(shè)備接口，打造“智慧物聯(lián)網(wǎng)工地”，在2019年世界交通大會上獲得兩項(xiàng)“交通BIM工程創(chuàng)新獎(jiǎng)”。

設(shè)計(jì)階段用3D模型能更直觀的表述工程結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)工程自動算量，協(xié)助吊裝程序由36次優(yōu)化到18次，首節(jié)鋼沉井制作僅用3個(gè)月就順利完成了。而在沉井注水著床過程中，BIM手機(jī)端載入沉井姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，協(xié)助各參建方實(shí)時(shí)查看沉井厘米級偏差，及時(shí)糾偏，確保精準(zhǔn)定位。據(jù)監(jiān)控顯示，超大鋼沉井最終的中心偏差為11厘米，小于44厘米的控制值，水平角度偏差為0.21°，小于1°的控制值，達(dá)到了國內(nèi)水中超大沉井定位著床精度控制的新高度。

南京長江五橋裝配式施工

南京長江五橋：“新基建”助力跨越天塹

距南京長江大橋上游約13公里處，由南京市公共工程建設(shè)中心建設(shè)、中交二航局施工的世界首座鋼混組合索塔斜拉橋——南京長江五橋（以下簡稱“南京五橋”）是205國道和312國道的過江通道，同時(shí)也是南京“高快速路系統(tǒng)”中繞城公路的重要組成部分。

從半個(gè)世紀(jì)前舉國之力建大橋，到如今的五橋即將貫通，新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料以及裝配化、智能化等“新基建”的運(yùn)用，讓橋梁建設(shè)發(fā)生了顛覆式改變。

南京五橋?yàn)橹醒腚p索面三塔組合梁斜拉橋，最高主塔高達(dá)175.4米，相當(dāng)于50層樓的高度。如果采用傳統(tǒng)施工工藝，則需要模板工、鋼筋工、混凝土工等多工種作業(yè)人員約100人高強(qiáng)度作業(yè)10個(gè)月左右才能完成。

而索塔采用裝配化施工工藝，鋼殼可兼作混凝土模板，省去了大型爬模設(shè)備。如今，30多個(gè)不同工種的作業(yè)工人在同樣的時(shí)間內(nèi)，就完成了北塔和中塔兩座索塔的施工任務(wù)。

不僅是索塔，主橋和引橋也均采用了預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)，裝配化施工比例接近80%。不僅組合梁和節(jié)段梁是在工廠內(nèi)預(yù)制生產(chǎn)，包括索塔的鋼殼也是由工廠生產(chǎn)，施工現(xiàn)場只需進(jìn)行模塊化安裝。這樣不僅能提高施工效率、節(jié)省了勞動力，還能有效減少現(xiàn)場作業(yè)時(shí)間和航道的占用時(shí)間，保障了航運(yùn)能力，減小了安全風(fēng)險(xiǎn)。

新工藝、新技術(shù)的研發(fā)，永遠(yuǎn)都不是一蹴而就的。南京五橋的裝配化施工也一樣，需要克服種種難題。

索塔鋼殼內(nèi)這么多鋼筋，平面圖紙上難以直觀地反映鋼筋的空間關(guān)系，怎樣才能實(shí)現(xiàn)與預(yù)埋鋼筋的精準(zhǔn)定位？

中交二航局南京五橋項(xiàng)目總工程師康學(xué)云與團(tuán)隊(duì)決定利用BIM技術(shù)對鋼殼進(jìn)行“庖丁解?！?。為了精準(zhǔn)定位，他們將現(xiàn)有高精度的索塔首節(jié)鋼殼BIM模型從不同標(biāo)高處刨開，得到不同標(biāo)高處的鋼筋空間位置，再與承臺預(yù)埋鋼筋進(jìn)行比對，制作定位框，由定位框的高精度來保證承臺內(nèi)預(yù)埋的首節(jié)鋼殼鋼筋的安裝精度。

與此同時(shí)，項(xiàng)目部還利用BIM對索塔起始節(jié)段定位預(yù)埋件與承臺、塔座及塔柱預(yù)埋鋼筋進(jìn)行碰撞分析，最終實(shí)現(xiàn)首節(jié)鋼殼的順利安裝。

經(jīng)檢測，中交二航局南京五橋項(xiàng)目已完工程質(zhì)量全部合格，索塔成塔垂直度達(dá)1/12000，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范規(guī)定的1/3000的要求。

5 G+云+AI：為橋梁裝載“最強(qiáng)大腦”

成都二環(huán)高架上，一輛道橋巡檢車正向前行駛，車上的攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)測路面情況，5G技術(shù)及AI分析智能判別道路主要病害，4K超高清視頻迅速回傳，中心立即派遣維修—這不是未來，而是已來的現(xiàn)在。

2019年7月17日，成都市城管委道路橋梁監(jiān)管服務(wù)中心、中國電信成都分公司與華為技術(shù)有限公司在中國西部信息中心簽署信息化合作協(xié)議，發(fā)布全國首個(gè)5G+云+AI智慧監(jiān)控商用項(xiàng)目，標(biāo)志著成都邁入5G行業(yè)商用新時(shí)代。

成都市城管委道路橋梁監(jiān)管服務(wù)中心、中國電信成都分公司與華為技術(shù)有限公司在中國西部信息中心簽署信息化合作協(xié)議

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，目前我國公路橋梁數(shù)量已超過80萬座，鐵路橋梁超過20萬座。

然而，這么龐大體量的病害識別，大多數(shù)仍僅依靠人工日常巡查來完成，這樣的工作不僅時(shí)刻充滿危險(xiǎn)，人眼識別病害能力弱，通過經(jīng)驗(yàn)判斷病害往往不夠及時(shí)，病害很可能從小問題發(fā)展成嚴(yán)重問題。同時(shí)，人工下單維修周期長，再加上許多道路只能夜間施工，最快也要三天完成，導(dǎo)致安全隱患周期過長。

而若借助“5G+云+AI”，這項(xiàng)工作將變得簡單、快捷而精準(zhǔn)。

“我們給成都道橋提供的服務(wù)，目前實(shí)現(xiàn)了橋梁表觀病害的識別維護(hù)和對橋梁整體架構(gòu)監(jiān)測兩個(gè)方面的智能?！敝袊娦懦啥挤止局腔鄢鞘行袠I(yè)總監(jiān)馮濤介紹說。

“5G+云+AI”工程主要是通過5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬將4K視頻傳輸?shù)胶笈_的GPU服務(wù)器，再通過AI進(jìn)行分析，讓已經(jīng)建立的病害識別模型進(jìn)行快速識別。例如橋梁健康檢測系統(tǒng)，如果一旦發(fā)生橋梁超限的情況，系統(tǒng)會自動進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)提示和預(yù)警，同時(shí)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成相應(yīng)的分析報(bào)告。最后，通過信息發(fā)送系統(tǒng)回傳數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)派單，通過自動派單系統(tǒng)直接推送給維修人員，整個(gè)業(yè)務(wù)從傳出視頻、發(fā)現(xiàn)病害、自動派單、維護(hù)、回單形成閉環(huán)。

類似這樣通過“物聯(lián)網(wǎng)+移動通信+互聯(lián)網(wǎng)+云計(jì)算+BIM技術(shù)+橋梁結(jié)構(gòu)分析”理念和技術(shù)的綜合運(yùn)用，對橋梁結(jié)構(gòu)安全實(shí)施全過程、全天候、全覆蓋在線監(jiān)測，從而建立起橋梁健康監(jiān)控和評價(jià)體系的探索，如今正成為橋梁工程領(lǐng)域的管理新趨勢。

通過對橋梁的綜合狀態(tài)實(shí)施系統(tǒng)檢查、科學(xué)分析、客觀評估，使管理者能夠準(zhǔn)確掌握橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能、使用性能和耐久性能，進(jìn)而采取更加具有針對性和預(yù)防性的管養(yǎng)措施，確保橋梁運(yùn)營安全。與此同時(shí)，借助現(xiàn)代信息手段和專家診斷分析系統(tǒng)，更加科學(xué)地分析、判斷和預(yù)測橋梁使用性能的變化，為橋梁科學(xué)管養(yǎng)和橋梁設(shè)計(jì)、施工的優(yōu)化提供科學(xué)、客觀的依據(jù)，從而提高橋梁本質(zhì)安全度，降低橋梁建設(shè)和運(yùn)行的綜合成本。

據(jù)悉，我國目前已有400余座大型橋梁安裝了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)和升級，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測在推動橋梁結(jié)構(gòu)，乃至土木工程結(jié)構(gòu)由現(xiàn)階段的“安全”設(shè)計(jì)為主，逐步邁向“安全和壽命”設(shè)計(jì)、評定、預(yù)測與維護(hù)的新臺階。