文/ 東南大學 羅桑

蘇交科集團股份有限公司檢測研究院 朱曉文

柳州黔橋工程材料有限公司 肖云

公路品質(zhì)工程的BIM應用

東南大學提出了“一全、兩保、三優(yōu)”的BIM公路工程全生命周期集成概念：“一全”是指，全過程的信息化與智慧化的模型可追蹤；“兩?！笔潜Ｕ咸岣吖芾硭?、保證安全質(zhì)量，這也是BIM在公路工程中最重要的兩個方面；“三優(yōu)”是優(yōu)管理、優(yōu)進度、優(yōu)成本，在保障安全的前提條件下，不斷優(yōu)化設計、施工和運維等各個環(huán)節(jié)，這是更高一級的目標。

全過程可追蹤重點依靠的是將構件信息、狀態(tài)信息編碼輸入BIM模型，實現(xiàn)全壽命周期信息追蹤。信息的編碼就類似于身份證，從出生開始伴隨一生。針對橋梁工程的“身份證”，設計、施工到運維環(huán)節(jié)全面介入，比如施工過程，通過信息編碼追蹤預制、吊裝等，吊裝到某位置成橋后，在運營過程中如果發(fā)生破壞或其他問題，需要快速更換，這時就可以通過以往記錄的所有信息輕松操作完成。

針對復雜的施工工藝和工序而言，信息編碼可以發(fā)揮直觀教學的作用。比如并沒有熟練掌握節(jié)段鋼箱梁頂推工藝的施工方，通過閱讀文本的方法可能無法全面理解搭設、運輸、頂推、拼裝等各個環(huán)節(jié)的施工要點，但如果通過三維可視化的方式精細化地展示，就非常容易理解和掌握了。這對于后期施工質(zhì)量的控制和保障，效果也將很明顯。

在保障工程質(zhì)量方面，BIM模型可以全部導入到方案集成庫，設置一些控制點，實時反映坐標位置。通過這項技術，可以對施工過程中的操作標準進行快速化的復檢。比如，在一座跨航道拱橋的工程檢驗中，用激光點云掃描儀進行了全橋的激光掃描，形成了相應的點云數(shù)據(jù)模型，精度可高達0.1毫米。通過掃描設計之初繪制的二維設計圖，得到了現(xiàn)在的三維立體模型圖。最后，將實橋采集的點云數(shù)據(jù)模型和三維立體模型疊加，得到了第四張圖——全息數(shù)據(jù)模型。目前，通過現(xiàn)有的技術，在工程檢驗中只能發(fā)現(xiàn)哪根樁沉降或偏差了多少毫米，但無法得到全橋的所有偏差位置數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，通過激光定位技術可以實現(xiàn)高精度快速復檢，大幅提高竣工質(zhì)量檢驗分析的效率。

無人機實景采集，實施監(jiān)督施工進展，不斷優(yōu)化工程進度。

預制構件中置入RFID芯片，實現(xiàn)全程追溯式的管理。

基于三維模型完成事前場布模擬，保證場布方案最優(yōu)。

用BIM技術實現(xiàn)從紙質(zhì)文檔到電子檔案的升級，可優(yōu)化工程管理。

三維可視化手段還可以保障工程全過程的安全，比如在設計環(huán)節(jié)，可以實現(xiàn)事前視距模擬，優(yōu)化設計方案。另外，可以取代人工計算受力點這一傳統(tǒng)方式，比如，在鋼箱梁頂推環(huán)節(jié)埋設臨時支架，搭建光纖傳感體系，對其進行24小時不間斷地動態(tài)監(jiān)測，將動態(tài)監(jiān)測的信息實時反映到三維BIM模型中，針對不同工況開展反復的力學核算，保證在施工過程中，各構件的受力在可控范圍之內(nèi)。

在優(yōu)化進度方面，通過無人機等定期對橋梁實景模型區(qū)域，進行圖像和GIS數(shù)據(jù)采集，基于采集到的項目是不同建設時期的實景模型，可以直觀地展現(xiàn)項目關鍵節(jié)點的實際施工進度，及時發(fā)現(xiàn)滯后的關鍵施工點，以實現(xiàn)不斷優(yōu)化工程進度。而在設計環(huán)節(jié)進度優(yōu)化上，可以做到多專業(yè)設計碰撞事前檢測，發(fā)現(xiàn)設計不合理后，立即修改BIM模型，避免返工，節(jié)省人工和材料成本。

在進度優(yōu)化中，通過RFID智能芯片技術可實現(xiàn)全程追溯式的管理。比如，將芯片置于跨海大橋的預制構件中，將構件什么時候吊裝、吊裝在何處等信息全部讀寫到芯片中，從預制工程到吊裝現(xiàn)場，不必再次一一核對，只需讀取相關信息，就可以開展高效的運輸、吊裝、拼接等。同時，利用RFID技術采集供應鏈的最新構件狀態(tài)信息，判斷構件生產(chǎn)進展處于提前、滯后或正常，發(fā)現(xiàn)進度偏差，生成進度報表。

在成本優(yōu)化方面，通過一鍵式工程量統(tǒng)計，將工程計量失誤率縮小至正負0.2%（我國《建設工程造價咨詢成果文件質(zhì)量標準》中規(guī)定，竣工結算審查結果綜合誤差率應小于3%）。還可以通過BIM物料清單智能輸出套料圖，代替人工排版，提高鋼材使用率，大幅縮短下料時間，提高生產(chǎn)率。

在優(yōu)化工程管理方面，BIM技術也能發(fā)揮重要作用。通過施工場景布設模擬，基于模型完成施工現(xiàn)場總平面布置；模擬機械設備、材料進場模擬、施工機械模擬、臨時設施模擬等施工組織模擬。按節(jié)點或階段調(diào)整施工場布BIM模型，真實反映工況。最終，提前預知難點問題，找到最優(yōu)方案，保證現(xiàn)場場布最優(yōu)。

在管理過程中，以往的清單都是紙質(zhì)化的，不便于流轉和更新。而BIM技術可改變傳統(tǒng)工程信息檔案管理方式，使管理更加協(xié)同、高效、智能。

橋梁檢監(jiān)測的新技術

截至目前，我國公路橋梁已有83.25萬座，于10月23日通車的港珠澳大橋成為中國躋身橋梁強國的重要名片。蘇交科集團承擔了港珠澳大橋內(nèi)地段橋梁試驗檢測的任務，建立了港珠澳大橋主體工程試驗檢測中心，也是中國首個取得CMA認證資格的工地試驗室，依靠信息化的技術提升管理質(zhì)量。

試驗室開發(fā)的試驗檢測云系統(tǒng)整合了蘇交科的技術資源和管理資源。管理試驗手冊的參數(shù)有近500個，其中70多個可以自動采集，其他需要人工采集的數(shù)據(jù)通過移動端及時錄入到系統(tǒng)中。一旦錄入系統(tǒng)，就不可更改。

檢測報告從原始記錄、編制、審批到簽發(fā)，都是在系統(tǒng)中完成。這一過程中，監(jiān)測系統(tǒng)還將對整個檢測報告的生成過程進行監(jiān)督，實現(xiàn)檢測過程的透明。

試驗檢測信息化管理技術-試驗檢測云系統(tǒng)

聲光成像橋梁結構水下檢測技術導出的3D影像

病害圖像自動識別技術，其中，紅框表示裂縫，綠框表示腐蝕，藍框表示破損。

基于磁致伸縮導波的拉吊索斷絲檢測技術應用原理

組圖：蘇交科和哈工大正在聯(lián)合開展采用深度神經(jīng)網(wǎng)絡的異常數(shù)據(jù)自動探測技術

云系統(tǒng)在蘇交科所承擔橋梁項目的建設期和運營期已經(jīng)積累了海量數(shù)據(jù)，具備了一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能，如此一來，數(shù)據(jù)不再只能形成簡單的檢測報告，還可以對原材料、設計方案、施工隊伍的優(yōu)劣進行評估。隨著數(shù)據(jù)不斷積累，數(shù)據(jù)挖掘的不斷深入，在未來的標準編制和信用評價方面，可以提供更新的數(shù)據(jù)。

云系統(tǒng)中的室內(nèi)試驗樣品是通過條碼來標識的，可以避免檢測人員不了解樣品信息的可能，一定程度上也可以防止造假。管理者或業(yè)主通過現(xiàn)場掃描，借助互聯(lián)網(wǎng)，跟系統(tǒng)發(fā)生信息交互，實時了解樣品流轉到哪一環(huán)節(jié)、隨時查詢檢測報告的內(nèi)容。

云系統(tǒng)應用的領域不僅僅是公路交通行業(yè)，在其他工程行業(yè)也可以根據(jù)不用標準訂制不同的輸出表單。

在云系統(tǒng)的基礎上，未來還希望打造基于云計算的平臺，多家檢測單位共享，依托平臺開展檢測工作，通過遠程托管的方式，將一部分工作交付給第三方，成為面向全行業(yè)的檢測監(jiān)測“E平臺”。

除了服役港珠澳大橋的云系統(tǒng)之外，遠距離非接觸外觀檢測技術也應用于橋梁檢測監(jiān)測。這項技術采用遠距離視覺觀測系統(tǒng)或無人機懸停觀測，可以快速檢測病害、安全性高，已經(jīng)在貴州烏江大橋等工程上實現(xiàn)應用。這項技術主要是通過天文望遠鏡、高精度相機拍攝高清晰度照片，通過測距儀得到鏡頭和拍攝對象之間的距離，通過計算并結合照片，得出對象的精確尺寸，比如，用于遠距離觀察裂縫等。

針對橋梁結構在水下狀況的檢測，聲光成像水下檢測技術可以突破困局。據(jù)美國聯(lián)邦公路局近年統(tǒng)計數(shù)字顯示，水毀導致的橋梁倒塌占比較高，以往使用人工觸探方式的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)不具備橋梁檢測監(jiān)測相關專業(yè)的潛水員無法和專業(yè)人士溝通，同時在下潛的過程中還造成了水混，影響檢測效果，即使借助探桿等器具，檢測精度起伏也很大。通過不斷實踐，觀察型的水下機器人被開發(fā)出來，它全重11千克便于攜帶；采用1080P高清攝像模組及LED燈，可清楚顯示結構細節(jié)；最大作業(yè)水深100米，流速每秒1.5米，適應性好；同時，它還實現(xiàn)了智能化航行：優(yōu)化算法控制，可定向或定深航行，也可手動控制航行。目前已經(jīng)應用于南京長江三橋和連云港白塔大橋。

另外，水下檢測通過聲吶技術還可以實現(xiàn)在冰雪覆蓋或深夜環(huán)境下，不受光照影響，正常作業(yè)。同時水下檢測物表面覆蓋的青苔水草等誤導檢測的情況，也可以被屏蔽掉。

除此之外，病害圖像自動識別技術解決了主觀辨識海量圖像信息的誤差較大、工作效率低等問題?；诖胖律炜s導波的拉吊索斷絲檢測技術，解決了傳統(tǒng)方法中拉吊索斷絲可能造成巨大安全隱患，效率低、精度差等問題，提升斷絲檢測效率40倍，精度達到1.6%的截面損失率。在瞬時索力精準測量技術問世之前，重車通過時，無法測到索力極值，平時的監(jiān)測索力也是一段時間的近似平均值，無法做到有效的報警和對突發(fā)事件的安全評估，這些問題都在新技術應用后，得到大幅改善和根本性的解決。

張拉壓漿信息化管理提升橋梁品質(zhì)

預應力是橋梁的神經(jīng)系統(tǒng)。張拉及壓漿屬于隱蔽性施工工藝，極易帶來隱患性后果，張拉和壓漿都是橋梁建設中最重要的環(huán)節(jié)之一，其施工質(zhì)量關系到工程質(zhì)量及國家和人民生命財產(chǎn)的安全。

采用智能張拉和壓漿，目的是通過自動控制技術，結合施工規(guī)范使張拉和壓漿過程按設計的流程和參數(shù)進行，從而提高工程質(zhì)量。在實際應用中，據(jù)有關部門調(diào)查，因智能張拉及壓漿設備市場產(chǎn)品混亂，仍存在非常突出問題，很多設備根本不具備數(shù)據(jù)自動采集功能，如數(shù)據(jù)缺失嚴重、準確性低、滯后時間長；有的產(chǎn)品采用參數(shù)終端設定，造成張拉和壓漿后所有的數(shù)據(jù)都合格的假象；甚至由于無法實時監(jiān)控，有不良單位對數(shù)據(jù)進行修改造假，從而造成極大的質(zhì)量和安全隱患。

但針對上述弊端，柳州黔橋工程材料有限公司基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術，結合橋梁預應力施工特點，開發(fā)了云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)，并建立了預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺。

云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)技術具有很多創(chuàng)新點。為實現(xiàn)橋梁工程智能化施工和信息化管理，滿足如下條件：一是施工設備產(chǎn)品要符合施工要求并具有高度智能化，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、自動整理和自動傳輸功能；二是根據(jù)不同橋梁信息，開發(fā)橋梁唯一身份識別系統(tǒng)。同時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)施工過程中實時動態(tài)采集的數(shù)據(jù)自動上傳至云平臺管理。實現(xiàn)預應力張拉及壓漿質(zhì)量管理的過程控制，實時監(jiān)控，質(zhì)量預警，能及時進行質(zhì)量分析。利用信息化管理系統(tǒng)極大程度減小人為介入的數(shù)據(jù)流失及錯誤幾率。實現(xiàn)張拉、壓漿數(shù)據(jù)的現(xiàn)場實時采集、傳輸并實時生成報表、曲線等功能。

預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺技術創(chuàng)新點表現(xiàn)在：平臺通過建立工程施工信息數(shù)據(jù)庫、施工數(shù)據(jù)采集和管理模塊，將現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)實時傳輸至云服務器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時調(diào)用和集成，減少人工介入的數(shù)據(jù)流轉和數(shù)據(jù)錯誤幾率，同時平臺可自動對數(shù)據(jù)進行整理、計算和分析，進而實現(xiàn)施工質(zhì)量狀況的分析和預警。用戶通過瀏覽器根據(jù)其權限即可查看、分析、下載、打印相應現(xiàn)場數(shù)據(jù),實現(xiàn)了業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理、質(zhì)量監(jiān)督等各部門之的信息實時交互，既可進行質(zhì)量控制和追溯，避免施工數(shù)據(jù)造假，又可利用數(shù)據(jù)為類似建設項目的設計和施工提供參考，更可為今后橋梁運營階段的管養(yǎng)提供原始數(shù)據(jù)，從而提高施工質(zhì)量及施工管理水平。

預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺界面

目前，云智能張拉系統(tǒng)、云智能制漿壓漿系統(tǒng)已在國內(nèi)大量推廣應用，預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺已在貴州、云南、廣東、重慶等多個省市的數(shù)十條高速公路得到了成功應用，深獲用戶好評。特別是在貴州，平臺被接入貴州省交通工程質(zhì)量監(jiān)督局“基于大數(shù)據(jù)分析的質(zhì)量安全監(jiān)督管理平臺”，成為貴州品質(zhì)工程的重要組成部分。

預應力智能張拉與壓漿信息化管理平臺和云智能張拉、壓漿產(chǎn)品，解決了傳統(tǒng)橋梁預應力施工工藝存在的過程監(jiān)控困難、質(zhì)量難以保證的弊端，能實時、準確將施工數(shù)據(jù)采集并上傳，提供信息資源的共享及傳遞，能有效地對建設項目進行監(jiān)控，確保預應力施工質(zhì)量滿足相關國家、行業(yè)標準規(guī)范的要求，從而消除質(zhì)量隱患，確保工程結構的安全性與耐久性，杜絕因張拉和壓漿質(zhì)量不合格造成的工程事故，保障國家和人民生命財產(chǎn)安全，對促進我國預應力技術的進步和工程發(fā)展具有重要的意義。同時該平臺的數(shù)據(jù)自動采集模式節(jié)省了人工收集和錄入的大量時間和人力成本，豐富且可共享的數(shù)據(jù)還可為同類項目提供指導和參考，經(jīng)濟效益和社會效益突出。

扣錨索自動連續(xù)預緊系統(tǒng)

扣索索力實時監(jiān)測與報警系統(tǒng)

扣塔偏移實時監(jiān)測與報警系統(tǒng)