道路橋梁檢測數據結合BIM 技術的應用研究

周 賓

（上海市政工程檢測中心有限公司，上海市 200092）

0 引 言

隨著BIM 技術的不斷推廣，越來越多包括道路、橋梁及管網的市政基礎設施項目實現或部分實現了信息模型創建，2016 年上海發布了道路橋梁相關的BIM 應用標準，至此一個市政基礎設施的信息化革命拉開了序幕。利用BIM 模型信息處理和分析方面的優勢，將檢測數據導入到模型中，對于道路橋梁的各階段管理都有著很大的應用空間。本文通過對市政道路橋梁設施檢測數據的歸納分析，結合BIM 技術的特點，對應用方法和應用場景進行研究和探索。

1 檢測數據結合BI M技術的概述

在建設領域BIM 技術的核心目標是利用信息化模型，來實現對各類道路橋梁設施全生命周期的數字化管理，從道路橋梁設施的規劃、各階段的方案設計、精細化的施工管理，再到交付使用后的運行維護，最后重新進入再規劃的循環過程中，利用BIM技術的信息化、協同化的優勢，來逐步實現城市道路橋梁智慧、高效和精準的管理目標。

眾所周知，BIM 技術相較于傳統技術增加了信息模型的概念，簡單的來講最大的區別就是它能夠在有效解構設施整體的前提下承載更多的信息，并最大程度的體現了數據的可視性和協同性。基于BIM平臺加載所有的項目信息，使用數據變得十分方便和可靠，數據的充分利用既降低了各方的溝通難度，也減少了人力物力的重復投入。對于道路橋梁檢測數據而言，大部分數據都是非幾何數據，一直以來作為材料、半成品或成品的性能量化指標，在工程各個環節都起著重要的作用，但在傳統CAD 平面圖中的應用很少，主要還是以示意性的方式反映一些數據的情況，無法發揮好數據本身的使用價值。

將實際檢測數據作為構件模型的輸入信息，根據不同結構、不同階段和一定的單元劃分，有選擇的將不同類型的檢測數據導入到各個單元模型內，檢測數據可以是階段成果也可以是在線實時數據，并通過利用Dynamo 或Excel 宏來編寫腳本程序以完成數據的自動導入來實現自動更新或批量導入的功能。模型內數據可以采用軟件設置的方式達到互相協同使用的目的，也可利用函數進行關聯計算來獲得綜合評價數據，更能夠通過顏色形狀等直觀的方式來協助技術分析的工作，總之利用BIM 模型內的檢測數據，通過分析、計算和模型各種功能特點來滿足不同需求的手段有很多，通過這些手段將基礎設施的技術狀態進行多維度表達和應用是檢測數據結合BIM 技術理想的應用目標。

2 檢測數據內容及其不足

2.1 檢測數據內容

隨著建設管理工作向著精細化和全面化的不斷發展，檢測數據與市政基礎設施的關系也顯得越發緊密和重要，無論在規劃、設計、建設或是使用等階段，無一例外的都需要各類檢測數據的支撐，以作為后續工作進程的重要依據之一。檢測數據的作用主要是為方案提供依據、為質量提供保障、為運維提供參考3 個方面：（1）方案方面，規劃設計初期，現狀客觀情況是設計方案確定和調整的最基本信息之一。在新建項目中利用各種檢測方法，采集基礎數據后用于指標的量化；而在改造項目中，由于設施的幾何形態和地理位置已經固化，因此檢測數據則變得十分重要，幾乎是完全由檢測數據來反映標的物的技術狀態，直接影響著設計方案和投入成本。（2）質量方面，在建設期間質量的評價除了外觀及幾何內容以外，最為重要的質量評價指標之一就是檢測數據，所有工藝工序都以檢測數據作為一個量化的標準進行評定。（3）運維方面，道路橋梁作為重要的公共設施，維護保養工作是安全運行的重要保障，檢測數據既作為選擇維保措施的重要依據，同時在一定程度上反應了相關維保工作的水平和難度。所以無論道路橋梁等基礎設施在哪個階段，檢測數據是最為重要的數據之一，如何利用好這些數據，讓其最大程度的發揮積極作用顯得尤為重要。

2.2 數據應用的不足

對于道路橋梁等交通基礎設施，檢測數據的采集無處不在，從廣義的技術角度來看待檢測工作，無論是勘察、測量還是試驗工作，其實都是通過某個規定的方法來采集所需的數據，因此檢測工作無處不在，檢測數據亦可以被視為一種連接各項工作的“粘結劑”，為道路橋梁的整個“生命周期”服務。雖然檢測數據應用廣泛，但在實際情況中由于各個階段檢測數據使用都是相對獨立的存在，因此數據應用方面還有很多可以改進的地方。主要提出以下幾個方面：（1）數據重復采集，有很多的實體檢測數據，其實在首次檢測后，不會或基本不會因投入使用而發生變化，往往由于數據的缺失需要重復采集，如：鋼筋保護層厚度、各類結構層厚度等，會造成一定程度的浪費。（2）歷史數據缺失，由于沒有對檢測數據進行系統的管理，很多基礎數據無法獲取和查詢，不利于對設施進行縱向的分析比較，同時也導致了檢測數據利用率低下的情況，一般只使用一次。（3）標準存在差異，同一實體在不同階段的檢測工作往往是由不同單位主體實施的，而在沒有歷史數據或信息作為參考的情況下，會不同程度的產生使用標準的差異，如：國標、部標還是地標的使用，不同方法的使用都會給數據帶來誤差，而這些誤差還很難被發現。（4）忽視環境影響，檢測過程的環境情況信息，會對檢測數據產生一定的影響，但由于各階段數據之間的割裂，環境因素很難得到重視，而在一些結構物檢測中，特別是橋梁檢測，其影響是十分明顯的，如：氣溫、光照、濕度或天氣等。（5）數據不直觀，檢測結果往往反饋合格或不合格的結果，導致了對數據的內涵分析缺乏重視，表現形式也十分單一，多以文字或表格的方式來體現。（6）數據融合不足，宏觀的看勘察、測量、試驗都會產生檢測數據，而由于行業的不同細分，這些檢測數據往往僅在各自的范圍內使用，很難出現在同一個平臺內，很大程度的阻礙了不同數據間的相關性分析。

綜上所述，各類各階段檢測數據缺少一個共享的平臺，數據的縱向和橫向比較難以實施，各環節的使用也很不方便，數據變成了“一次性的消耗品”，不但增加了成本，也不利于“大數據”的積累；缺少一個分析的平臺，數據得到的結果比較僵化，分析內容較少，無法充分了解各類數據的真正內涵；缺少一個展示的平臺，檢測數據表現形式單一，幾乎沒有較好的可視化展示。而BIM 技術，突破了數據和圖像、數據和數據之間的屏障，兩者的互動，能很好滿足檢測數據共享協同、計算分析和模型展示的需求，彌補了檢測數據應用方面的不足。

3 檢測數據與B I M技術的結合應用

3.1 數據載體

BIM 信息模型主要包含幾何數據和非幾何數據2 類，幾何數據是模型內部幾何形態和外部空間位置數據的集合，可以簡單的理解為形狀和位置的數據；非幾何數據是除了幾何數據以外的所有數據。按相關規范來講，對于道路橋梁的非幾何數據主要包含：材質信息、地質信息、物理參數、現狀信息、周邊信息、綠化信息、工藝信息和指標信息等。檢測數據便是一種典型的非幾何數據，可以作為BIM 信息模型數據內容的一個重要組成，數據的形式可按不同階段對應不同等級的來導入使用，如：LOD100～500。檢測數據的載體以Revit 軟件為例，Revit 軟件中最基本的構件模型是“族”，可通過對族屬性參數的設置，將各檢測數據進行輸入，作為構件的基本參數，并可以根據使用目的來設計數據組成方式。對于已建模型，數據導入可利用EXCEL 宏匹配導入到各個分段或結構（或Dynamo 軟件）來實現數據的批量添加，并形成能與模型聯動的數據庫資料，方便隨時更改或補充。添加檢測數據后的模型見圖1、圖2。

圖1 結構模型的屬性

圖2 數據明細表

有些項目并沒有在建設初期就應用BIM 技術進行了建模，如僅從檢測數據的應用角度考慮，可以采取降低模型精度或不考慮幾何信息的方式，根據需要創建簡單粗略的BIM 模型，這些模型僅作為檢測數據的載體，一樣可以將BIM 模型與檢測數據有效結合并使用。

3.2 數據選擇

道路橋梁在生命周期內會產生大量的檢測數據，哪些檢測數據應該導入到模型內是數據應用的最基本問題。規劃階段，在新建項目中，以勘探數據為主，主要反映了設施的建設基礎條件，可不作為模型數據。但在改建項目中，檢測數據是反映標的物的技術狀況的最直接依據，相關檢測參數主要都是功能性參數，對改造效果和后續運維有著重要的參考價值，應納入模型數據。設計階段，將設計技術指標作為檢測數據的初始要求進行導入，雖然在上海出臺的地方規范《市政道路橋梁信息模型應用標準》中也有相關要求，但相關內容太少，并不能滿足未來的數據應用需求，至少應與道路橋梁的養護技術規范中的指標相匹配，足以滿足對既有設施的技術評價需求。實施階段，檢測數據主要反映了項目的質量情況，產生大量材料、半成品及成品的檢測數據，該階段應盡量將成品的所有質量檢測數據作為模型數據進行導入，一方面可以用于后續的工程驗收評價，另一方面這些數據是反映設施運行前的基本技術狀態，是評價后續運行情況的重要依據。運維階段，過程中的定期檢測數據能及時反映設施的使用狀態，應按期導入模型并及時分析，以用于后續運維決策。另外由于交通事故或自然災害等突發事件，所采集的檢測數據也應作為運維階段的數據統一入錄。

3.3 應用分析

BIM 模型中檢測數據的應用操作主要可分為提取、檢查、分析及更改4 個方面，通過這些操作手段，檢測數據的應用主體單位可包含5 種，分別是：建設、設計、施工、運維和勘察檢測單位。

建設方作為基礎設施的主管單位，可通過提取檢測數據的信息或分析結果，了解施工質量情況，也可通過數據更新及時檢查管轄范圍內各設施的技術狀況，為管理各參與單位提供了一個新的有數據支撐的渠道。利用模型“吸收”數據的特點，可將重點橋梁或道路的技術狀況變成一個動態累積數據的過程，逐漸形成技術狀況的“履歷”，為“大數據分析”做好原始積累。

設計單位作為檢測數據最主要的使用方，除了使用前期規劃的數據信息以外，還可以利用施工階段的數據為設計方案的優化調整所用；利用運維階段所累積的全部檢測數據進行縱向分析，結合“病灶”，為維修項目找到“病因”，以提供更加精準的設計方案；利用平臺數據多樣性和直觀性的特點，宏觀的比較勘察、測量和檢測等數據的情況，通過多維度考量來提高設計質量。

施工單位可充分利用好模型信息的可編輯、可運算特點，作為分部分項評定的重要信息來源，能減少大量統計匯總工作，同時也有利于各管理部門的核查，減少差錯率和返工率。另外通過數據分析，還能為施工組織的優化提供質量相關的參考內容。

運維單位既作為數據的輸入方，同時也是數據的提取方，可將交通情況、自然條件、突發狀況、養護措施等數據結合檢測數據，通過模型進行一項或多項的分析比較，發現更多不同數據間的關系，對道路橋梁的技術狀況進行預判，從而為日常的養護找到重點實施對象，將養護工作從被動維修，變為主動預防。可以與重點橋梁的健康監測系統進行對接，通過數據的共享，將橋梁的技術狀況數據以模型的方式來體現，直觀動態的反應既有橋梁的健康狀態。

勘察檢測單位主要是檢測數據的采集單位，在數據的采集前可利用歷史數據作為方案藍本，通過去除重復項目，降低次要項頻率，增加薄弱項內容等方式來編制最優的檢測方案，從而有效提高數據的實際使用價值。

總之，道路橋梁在整個生命周期內，各個參與單位都可以通過使用BIM 模型所承載的檢測數據，來達到提高管理協調效率、降低相應成本投入的目的，并大大改善了檢測數據在應用過程中的不足。

4 展望

在國內，BIM 技術在工程領域內的應用已推廣了多年，相關的研究和應用案例已有一定累計，BIM技術一時間成為工程項目“全生命周期”管理的重要發展方向。特別是建筑工程領域的應用更是風生水起，相關BIM 技術的國家標準已陸續發布實施了2本，后續還將有計劃的定期發布和更新。

相比較，道路橋梁工程在這方面的工作還處在初級階段，主要以橋梁結構的BIM 建模作為突破點進行逐步推廣，但多以研究為主，實際應用較少。其實早在2016 年上海出臺了針對市政道路橋梁的BIM 應用標準，為道路橋梁的BIM 應用打下了良好的基礎。因此在市政基礎設施中，無論是市政道路橋梁還是城市管網，與BIM 技術都能有很多結合方式，并不一定要照搬建筑工程的模式。比如，相比較建筑工況條件，市政橋梁有更多不可預見的不利因素，養護維修是既有道路和橋梁的日常工作，這點與建筑完全不同，然而檢測數據又與養護維修密切相關，基于這樣的特點，恰恰反應了檢測數據與BIM 技術結合的重要性。這樣的差異特點在各類市政設施中還有很多，通過這樣求同存異的思維方式，能更多更好的找到檢測數據BIM 技術的應用方向。

5 結 語

雖然道路橋梁檢測技術已日漸成熟，越來越多的數據已經實現了自動化采集，但這些數據的價值遠沒有被完全利用，不同程度的造成了數據資源的浪費，在今后的研究中，應該不斷的去發掘檢測數據的與BIM 技術的結合點，讓檢測數據在這個信息為王的時代里，發揮應有的價值。