道路橋梁檢測數(shù)據(jù)結(jié)合BIM 技術(shù)的應(yīng)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(shù)的不斷推廣，越來越多包括道路、橋梁及管網(wǎng)的市政基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)了信息模型創(chuàng)建，2016 年上海發(fā)布了道路橋梁相關(guān)的BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，至此一個市政基礎(chǔ)設(shè)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(yōu)勢，將檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入到模型中，對于道路橋梁的各階段管理都有著很大的應(yīng)用空間。本文通過對市政道路橋梁設(shè)施檢測數(shù)據(jù)的歸納分析，結(jié)合BIM 技術(shù)的特點(diǎn)，對應(yīng)用方法和應(yīng)用場景進(jìn)行研究和探索。

1 檢測數(shù)據(jù)結(jié)合BI M技術(shù)的概述

在建設(shè)領(lǐng)域BIM 技術(shù)的核心目標(biāo)是利用信息化模型，來實(shí)現(xiàn)對各類道路橋梁設(shè)施全生命周期的數(shù)字化管理，從道路橋梁設(shè)施的規(guī)劃、各階段的方案設(shè)計(jì)、精細(xì)化的施工管理，再到交付使用后的運(yùn)行維護(hù)，最后重新進(jìn)入再規(guī)劃的循環(huán)過程中，利用BIM技術(shù)的信息化、協(xié)同化的優(yōu)勢，來逐步實(shí)現(xiàn)城市道路橋梁智慧、高效和精準(zhǔn)的管理目標(biāo)。

眾所周知，BIM 技術(shù)相較于傳統(tǒng)技術(shù)增加了信息模型的概念，簡單的來講最大的區(qū)別就是它能夠在有效解構(gòu)設(shè)施整體的前提下承載更多的信息，并最大程度的體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可視性和協(xié)同性?；贐IM平臺加載所有的項(xiàng)目信息，使用數(shù)據(jù)變得十分方便和可靠，數(shù)據(jù)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(fù)投入。對于道路橋梁檢測數(shù)據(jù)而言，大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是非幾何數(shù)據(jù)，一直以來作為材料、半成品或成品的性能量化指標(biāo)，在工程各個環(huán)節(jié)都起著重要的作用，但在傳統(tǒng)CAD 平面圖中的應(yīng)用很少，主要還是以示意性的方式反映一些數(shù)據(jù)的情況，無法發(fā)揮好數(shù)據(jù)本身的使用價值。

將實(shí)際檢測數(shù)據(jù)作為構(gòu)件模型的輸入信息，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)、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(shù)據(jù)導(dǎo)入到各個單元模型內(nèi)，檢測數(shù)據(jù)可以是階段成果也可以是在線實(shí)時數(shù)據(jù)，并通過利用Dynamo 或Excel 宏來編寫腳本程序以完成數(shù)據(jù)的自動導(dǎo)入來實(shí)現(xiàn)自動更新或批量導(dǎo)入的功能。模型內(nèi)數(shù)據(jù)可以采用軟件設(shè)置的方式達(dá)到互相協(xié)同使用的目的，也可利用函數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)計(jì)算來獲得綜合評價數(shù)據(jù)，更能夠通過顏色形狀等直觀的方式來協(xié)助技術(shù)分析的工作，總之利用BIM 模型內(nèi)的檢測數(shù)據(jù)，通過分析、計(jì)算和模型各種功能特點(diǎn)來滿足不同需求的手段有很多，通過這些手段將基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行多維度表達(dá)和應(yīng)用是檢測數(shù)據(jù)結(jié)合BIM 技術(shù)理想的應(yīng)用目標(biāo)。

2 檢測數(shù)據(jù)內(nèi)容及其不足

2.1 檢測數(shù)據(jù)內(nèi)容

隨著建設(shè)管理工作向著精細(xì)化和全面化的不斷發(fā)展，檢測數(shù)據(jù)與市政基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系也顯得越發(fā)緊密和重要，無論在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)或是使用等階段，無一例外的都需要各類檢測數(shù)據(jù)的支撐，以作為后續(xù)工作進(jìn)程的重要依據(jù)之一。檢測數(shù)據(jù)的作用主要是為方案提供依據(jù)、為質(zhì)量提供保障、為運(yùn)維提供參考3 個方面：（1）方案方面，規(guī)劃設(shè)計(jì)初期，現(xiàn)狀客觀情況是設(shè)計(jì)方案確定和調(diào)整的最基本信息之一。在新建項(xiàng)目中利用各種檢測方法，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后用于指標(biāo)的量化；而在改造項(xiàng)目中，由于設(shè)施的幾何形態(tài)和地理位置已經(jīng)固化，因此檢測數(shù)據(jù)則變得十分重要，幾乎是完全由檢測數(shù)據(jù)來反映標(biāo)的物的技術(shù)狀態(tài)，直接影響著設(shè)計(jì)方案和投入成本。（2）質(zhì)量方面，在建設(shè)期間質(zhì)量的評價除了外觀及幾何內(nèi)容以外，最為重要的質(zhì)量評價指標(biāo)之一就是檢測數(shù)據(jù)，所有工藝工序都以檢測數(shù)據(jù)作為一個量化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評定。（3）運(yùn)維方面，道路橋梁作為重要的公共設(shè)施，維護(hù)保養(yǎng)工作是安全運(yùn)行的重要保障，檢測數(shù)據(jù)既作為選擇維保措施的重要依據(jù)，同時在一定程度上反應(yīng)了相關(guān)維保工作的水平和難度。所以無論道路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施在哪個階段，檢測數(shù)據(jù)是最為重要的數(shù)據(jù)之一，如何利用好這些數(shù)據(jù)，讓其最大程度的發(fā)揮積極作用顯得尤為重要。

2.2 數(shù)據(jù)應(yīng)用的不足

對于道路橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施，檢測數(shù)據(jù)的采集無處不在，從廣義的技術(shù)角度來看待檢測工作，無論是勘察、測量還是試驗(yàn)工作，其實(shí)都是通過某個規(guī)定的方法來采集所需的數(shù)據(jù)，因此檢測工作無處不在，檢測數(shù)據(jù)亦可以被視為一種連接各項(xiàng)工作的“粘結(jié)劑”，為道路橋梁的整個“生命周期”服務(wù)。雖然檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，但在實(shí)際情況中由于各個階段檢測數(shù)據(jù)使用都是相對獨(dú)立的存在，因此數(shù)據(jù)應(yīng)用方面還有很多可以改進(jìn)的地方。主要提出以下幾個方面：（1）數(shù)據(jù)重復(fù)采集，有很多的實(shí)體檢測數(shù)據(jù)，其實(shí)在首次檢測后，不會或基本不會因投入使用而發(fā)生變化，往往由于數(shù)據(jù)的缺失需要重復(fù)采集，如：鋼筋保護(hù)層厚度、各類結(jié)構(gòu)層厚度等，會造成一定程度的浪費(fèi)。（2）歷史數(shù)據(jù)缺失，由于沒有對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的管理，很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)無法獲取和查詢，不利于對設(shè)施進(jìn)行縱向的分析比較，同時也導(dǎo)致了檢測數(shù)據(jù)利用率低下的情況，一般只使用一次。（3）標(biāo)準(zhǔn)存在差異，同一實(shí)體在不同階段的檢測工作往往是由不同單位主體實(shí)施的，而在沒有歷史數(shù)據(jù)或信息作為參考的情況下，會不同程度的產(chǎn)生使用標(biāo)準(zhǔn)的差異，如：國標(biāo)、部標(biāo)還是地標(biāo)的使用，不同方法的使用都會給數(shù)據(jù)帶來誤差，而這些誤差還很難被發(fā)現(xiàn)。（4）忽視環(huán)境影響，檢測過程的環(huán)境情況信息，會對檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定的影響，但由于各階段數(shù)據(jù)之間的割裂，環(huán)境因素很難得到重視，而在一些結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)不直觀，檢測結(jié)果往往反饋合格或不合格的結(jié)果，導(dǎo)致了對數(shù)據(jù)的內(nèi)涵分析缺乏重視，表現(xiàn)形式也十分單一，多以文字或表格的方式來體現(xiàn)。（6）數(shù)據(jù)融合不足，宏觀的看勘察、測量、試驗(yàn)都會產(chǎn)生檢測數(shù)據(jù)，而由于行業(yè)的不同細(xì)分，這些檢測數(shù)據(jù)往往僅在各自的范圍內(nèi)使用，很難出現(xiàn)在同一個平臺內(nèi)，很大程度的阻礙了不同數(shù)據(jù)間的相關(guān)性分析。

綜上所述，各類各階段檢測數(shù)據(jù)缺少一個共享的平臺，數(shù)據(jù)的縱向和橫向比較難以實(shí)施，各環(huán)節(jié)的使用也很不方便，數(shù)據(jù)變成了“一次性的消耗品”，不但增加了成本，也不利于“大數(shù)據(jù)”的積累；缺少一個分析的平臺，數(shù)據(jù)得到的結(jié)果比較僵化，分析內(nèi)容較少，無法充分了解各類數(shù)據(jù)的真正內(nèi)涵；缺少一個展示的平臺，檢測數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式單一，幾乎沒有較好的可視化展示。而BIM 技術(shù)，突破了數(shù)據(jù)和圖像、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的屏障，兩者的互動，能很好滿足檢測數(shù)據(jù)共享協(xié)同、計(jì)算分析和模型展示的需求，彌補(bǔ)了檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用方面的不足。

3 檢測數(shù)據(jù)與B I M技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)載體

BIM 信息模型主要包含幾何數(shù)據(jù)和非幾何數(shù)據(jù)2 類，幾何數(shù)據(jù)是模型內(nèi)部幾何形態(tài)和外部空間位置數(shù)據(jù)的集合，可以簡單的理解為形狀和位置的數(shù)據(jù)；非幾何數(shù)據(jù)是除了幾何數(shù)據(jù)以外的所有數(shù)據(jù)。按相關(guān)規(guī)范來講，對于道路橋梁的非幾何數(shù)據(jù)主要包含：材質(zhì)信息、地質(zhì)信息、物理參數(shù)、現(xiàn)狀信息、周邊信息、綠化信息、工藝信息和指標(biāo)信息等。檢測數(shù)據(jù)便是一種典型的非幾何數(shù)據(jù)，可以作為BIM 信息模型數(shù)據(jù)內(nèi)容的一個重要組成，數(shù)據(jù)的形式可按不同階段對應(yīng)不同等級的來導(dǎo)入使用，如：LOD100～500。檢測數(shù)據(jù)的載體以Revit 軟件為例，Revit 軟件中最基本的構(gòu)件模型是“族”，可通過對族屬性參數(shù)的設(shè)置，將各檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，作為構(gòu)件的基本參數(shù)，并可以根據(jù)使用目的來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組成方式。對于已建模型，數(shù)據(jù)導(dǎo)入可利用EXCEL 宏匹配導(dǎo)入到各個分段或結(jié)構(gòu)（或Dynamo 軟件）來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的批量添加，并形成能與模型聯(lián)動的數(shù)據(jù)庫資料，方便隨時更改或補(bǔ)充。添加檢測數(shù)據(jù)后的模型見圖1、圖2。

圖1 結(jié)構(gòu)模型的屬性

圖2 數(shù)據(jù)明細(xì)表

有些項(xiàng)目并沒有在建設(shè)初期就應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行了建模，如僅從檢測數(shù)據(jù)的應(yīng)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(jù)需要創(chuàng)建簡單粗略的BIM 模型，這些模型僅作為檢測數(shù)據(jù)的載體，一樣可以將BIM 模型與檢測數(shù)據(jù)有效結(jié)合并使用。

3.2 數(shù)據(jù)選擇

道路橋梁在生命周期內(nèi)會產(chǎn)生大量的檢測數(shù)據(jù)，哪些檢測數(shù)據(jù)應(yīng)該導(dǎo)入到模型內(nèi)是數(shù)據(jù)應(yīng)用的最基本問題。規(guī)劃階段，在新建項(xiàng)目中，以勘探數(shù)據(jù)為主，主要反映了設(shè)施的建設(shè)基礎(chǔ)條件，可不作為模型數(shù)據(jù)。但在改建項(xiàng)目中，檢測數(shù)據(jù)是反映標(biāo)的物的技術(shù)狀況的最直接依據(jù)，相關(guān)檢測參數(shù)主要都是功能性參數(shù)，對改造效果和后續(xù)運(yùn)維有著重要的參考價值，應(yīng)納入模型數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)階段，將設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)作為檢測數(shù)據(jù)的初始要求進(jìn)行導(dǎo)入，雖然在上海出臺的地方規(guī)范《市政道路橋梁信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》中也有相關(guān)要求，但相關(guān)內(nèi)容太少，并不能滿足未來的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，至少應(yīng)與道路橋梁的養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范中的指標(biāo)相匹配，足以滿足對既有設(shè)施的技術(shù)評價需求。實(shí)施階段，檢測數(shù)據(jù)主要反映了項(xiàng)目的質(zhì)量情況，產(chǎn)生大量材料、半成品及成品的檢測數(shù)據(jù)，該階段應(yīng)盡量將成品的所有質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)作為模型數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入，一方面可以用于后續(xù)的工程驗(yàn)收評價，另一方面這些數(shù)據(jù)是反映設(shè)施運(yùn)行前的基本技術(shù)狀態(tài)，是評價后續(xù)運(yùn)行情況的重要依據(jù)。運(yùn)維階段，過程中的定期檢測數(shù)據(jù)能及時反映設(shè)施的使用狀態(tài)，應(yīng)按期導(dǎo)入模型并及時分析，以用于后續(xù)運(yùn)維決策。另外由于交通事故或自然災(zāi)害等突發(fā)事件，所采集的檢測數(shù)據(jù)也應(yīng)作為運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)統(tǒng)一入錄。

3.3 應(yīng)用分析

BIM 模型中檢測數(shù)據(jù)的應(yīng)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(shù)據(jù)的應(yīng)用主體單位可包含5 種，分別是：建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維和勘察檢測單位。

建設(shè)方作為基礎(chǔ)設(shè)施的主管單位，可通過提取檢測數(shù)據(jù)的信息或分析結(jié)果，了解施工質(zhì)量情況，也可通過數(shù)據(jù)更新及時檢查管轄范圍內(nèi)各設(shè)施的技術(shù)狀況，為管理各參與單位提供了一個新的有數(shù)據(jù)支撐的渠道。利用模型“吸收”數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可將重點(diǎn)橋梁或道路的技術(shù)狀況變成一個動態(tài)累積數(shù)據(jù)的過程，逐漸形成技術(shù)狀況的“履歷”，為“大數(shù)據(jù)分析”做好原始積累。

設(shè)計(jì)單位作為檢測數(shù)據(jù)最主要的使用方，除了使用前期規(guī)劃的數(shù)據(jù)信息以外，還可以利用施工階段的數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化調(diào)整所用；利用運(yùn)維階段所累積的全部檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向分析，結(jié)合“病灶”，為維修項(xiàng)目找到“病因”，以提供更加精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案；利用平臺數(shù)據(jù)多樣性和直觀性的特點(diǎn)，宏觀的比較勘察、測量和檢測等數(shù)據(jù)的情況，通過多維度考量來提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

施工單位可充分利用好模型信息的可編輯、可運(yùn)算特點(diǎn)，作為分部分項(xiàng)評定的重要信息來源，能減少大量統(tǒng)計(jì)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(shù)據(jù)分析，還能為施工組織的優(yōu)化提供質(zhì)量相關(guān)的參考內(nèi)容。

運(yùn)維單位既作為數(shù)據(jù)的輸入方，同時也是數(shù)據(jù)的提取方，可將交通情況、自然條件、突發(fā)狀況、養(yǎng)護(hù)措施等數(shù)據(jù)結(jié)合檢測數(shù)據(jù)，通過模型進(jìn)行一項(xiàng)或多項(xiàng)的分析比較，發(fā)現(xiàn)更多不同數(shù)據(jù)間的關(guān)系，對道路橋梁的技術(shù)狀況進(jìn)行預(yù)判，從而為日常的養(yǎng)護(hù)找到重點(diǎn)實(shí)施對象，將養(yǎng)護(hù)工作從被動維修，變?yōu)橹鲃宇A(yù)防?？梢耘c重點(diǎn)橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行對接，通過數(shù)據(jù)的共享，將橋梁的技術(shù)狀況數(shù)據(jù)以模型的方式來體現(xiàn)，直觀動態(tài)的反應(yīng)既有橋梁的健康狀態(tài)。

勘察檢測單位主要是檢測數(shù)據(jù)的采集單位，在數(shù)據(jù)的采集前可利用歷史數(shù)據(jù)作為方案藍(lán)本，通過去除重復(fù)項(xiàng)目，降低次要項(xiàng)頻率，增加薄弱項(xiàng)內(nèi)容等方式來編制最優(yōu)的檢測方案，從而有效提高數(shù)據(jù)的實(shí)際使用價值。

總之，道路橋梁在整個生命周期內(nèi)，各個參與單位都可以通過使用BIM 模型所承載的檢測數(shù)據(jù)，來達(dá)到提高管理協(xié)調(diào)效率、降低相應(yīng)成本投入的目的，并大大改善了檢測數(shù)據(jù)在應(yīng)用過程中的不足。

4 展望

在國內(nèi)，BIM 技術(shù)在工程領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用已推廣了多年，相關(guān)的研究和應(yīng)用案例已有一定累計(jì)，BIM技術(shù)一時間成為工程項(xiàng)目“全生命周期”管理的重要發(fā)展方向。特別是建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用更是風(fēng)生水起，相關(guān)BIM 技術(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)已陸續(xù)發(fā)布實(shí)施了2本，后續(xù)還將有計(jì)劃的定期發(fā)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(jié)構(gòu)的BIM 建模作為突破點(diǎn)進(jìn)行逐步推廣，但多以研究為主，實(shí)際應(yīng)用較少。其實(shí)早在2016 年上海出臺了針對市政道路橋梁的BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，為道路橋梁的BIM 應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。因此在市政基礎(chǔ)設(shè)施中，無論是市政道路橋梁還是城市管網(wǎng)，與BIM 技術(shù)都能有很多結(jié)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(yù)見的不利因素，養(yǎng)護(hù)維修是既有道路和橋梁的日常工作，這點(diǎn)與建筑完全不同，然而檢測數(shù)據(jù)又與養(yǎng)護(hù)維修密切相關(guān)，基于這樣的特點(diǎn)，恰恰反應(yīng)了檢測數(shù)據(jù)與BIM 技術(shù)結(jié)合的重要性。這樣的差異特點(diǎn)在各類市政設(shè)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(shù)據(jù)BIM 技術(shù)的應(yīng)用方向。

5 結(jié) 語

雖然道路橋梁檢測技術(shù)已日漸成熟，越來越多的數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動化采集，但這些數(shù)據(jù)的價值遠(yuǎn)沒有被完全利用，不同程度的造成了數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)，在今后的研究中，應(yīng)該不斷的去發(fā)掘檢測數(shù)據(jù)的與BIM 技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)，讓檢測數(shù)據(jù)在這個信息為王的時代里，發(fā)揮應(yīng)有的價值。