跨越BIM之桥——美国各州开始抱团攻坚
2020-05-04     浏览:26    评论:0        
导读:​​在全美范围内,有结构缺陷的桥梁越来越多。据统计,美国有614,387座各式各类的桥梁,其中,有四成桥梁的使用年限达到了50年以上。在这四成老桥中,有5万多座桥梁需要维修或更换。在美国工程师学会(ASCE)最新的基
 ​​

 

在全美范围内,有结构缺陷的桥梁越来越多。据统计,美国有614,387座各式各类的桥梁,其中,有四成桥梁的使用年限达到了50年以上。在这四成老桥中,有5万多座桥梁需要维修或更换。

 

在美国工程师学会(ASCE)最新的基础设施报告中,桥梁这一类别只获得了C+的分数。主要原因是协会认为需要修缮的桥梁数量巨大,资金投入大,周期长,对很多州政府来说是巨大的考验。虽然有些州已经提前行动,但是整体情况不乐观。桥梁的评级分数低于公路和其他的基础设施平均分数。

 

在全美桥梁翻修的工程实践中,很多私企已经开始通过BIM技术,努力实现工程的数字化转型,并在积极寻找针对桥梁BIM技术的一整套应用方法,探索提高桥梁设计、施工、资产管理效率的新模式。

 

2018年,美国爱荷华州(Iowa)交通局牵头启动了一个交通集资项目,旨在提高桥梁BIM数据的开放水平,BIM在桥梁领域的专属软件也称BrIM,其中字母“B”被“Br”替代,代表专门为桥梁工程而开发的BIM系统。基于BrIM系统对桥梁工程的价值,美国15个州的交通局组成专家组,投入BrIM的进一步研发与潜在价值的探索。

 

变革的出现

 

从桥梁的规划到设计、施工和资产管理,BrIM带来了一系列好处。通过有大数据库的构件模型,实现实时数据更新、自由修正设计图、管理文档等,全面提高桥梁设计质量和效率。BrIM还可以精确地指导部件预制、材料交付,精准控时,帮助完成跨领域的项目协作。

 

如今的BrIM技术已经渐趋成熟,最大的挑战已经不是技术本身,而是将BrIM技术与当前的工程管理方式结合起来,这对于大多数设计经营管理单位都是一次文化的变革。

 

一些州的交通局已经在试点项目中探索应用BrIM,而大多数州则是刚刚开始了解3D BrIM建模。这里需要说明一点:并非所有的三维建模软件方案都等于BrIM。BrIM已经超越了基本的3D对象,BrIM特别强调中间的字母“I”,也就是信息(Information)。BrIM能在设计和建造的过程中积累了大量的细节和数据,这在桥梁的整个生命周期中都是很有用的。尽管美国各州在BrIM的应用上水平参差不齐,但绝大多数州的交通局都认可BrIM是未来桥梁设计与管理的方向。尽管让传统行业做出改变很难,但只要经过简单收益-成本计算就会知道,这是一项值得为之努力的项目。

 

 

美国加州交通局桥梁设计中心主任库兰尼(Elias Kurani)也认为,BrIM的应用需要各交通局真正走出传统的舒适区。库兰尼说:“长期以来,2D一直是标准,而且我们学习应用的课本、软件都是基于2D标准的,操作起来熟悉且舒适。但是,当我们看到了3D模型带来的价值,其可视化、准确性和交叉学科的融合性,让我们决心做出一些变革,但这需要一些时间。不过,我们相信这是行业向前发展的重要一步,我们必须去适应。”

 

我们欣喜的看到,随着越来越多的“数字原住民(码农)”加入到工程行业的队伍中来,这种数字化转型,尤其是向可作图模型的发展,是一项重要转变。费尔凯普咨询公司(Fair Cape Consulting)的首席顾问、交通集资项目的参与者弗朗西丝卡•迈尔(Francesca Maier)认为:“对新技术的学习和适应能力是当今和未来吸引人才的关键,年轻的工程师对数字化的工作流程是有预期的,桥梁行业将不再雇佣且不会挽留那些仍然停留在2D层面的技术人才。”

 

美国犹他州(Utah)交通局首席结构工程师兼美国国家公路运输协会(AASHTO)桥梁与结构委员会主席斯万维克(Carmen Swanwick)非常同意数字化的工作流程将会吸引更年轻的工程师,甚至是跨行业的人才加入到桥梁工程的建设与管理之中。她说:“现在刚从大学毕业的工程师们可不想在纸上起草计划,他们想在一个可以成图的模型中工作,并让他们的工作可视化,这有利于工作的透明与团队协作。我们是优秀工程师的一个重要的行业出口,需要为他们提供应用新技术的机会,教育与培训,这也是行业整体向前发展的动力。”

 

行业共识与标准化是关键

 

除了推动行业文化变革和教育培训之外,该集资项目中涉及的15个州交通局还负责统筹,为美国桥梁设计与建造制定标准、更新定义、重新分级等工作。这些基础工作的重大意义是:形成一个行业的公开数据交换标准,为BrIM技术的全面深入应用铺平道路。

 

“能否成功使用BrIM技术,将取决于能否通过公开的数据标准,形成大量的、共享的、有活力的数据交换。如果我们被限制在一个特定的数据格式中,那就不能共享这个模型。” 斯万维克补充道。在这种情况下,部分数据一旦被孤立,BrIM技术所带来的好处将会大打折扣。反之,一旦我们同意在某种基础共识上形成一系列的桥梁文件数据格式,全国业主与供应商就都可以参与到这个可靠的数据交换中。“这时,从设计到施工,从业主到总包单位,我们将看到产业链上各个环节的深刻变革,对此我们充满期待。”

 

 

标准化的系统分类、分级工作同样重要。斯万维克说:“比如,今天我们在一个项目中定义某个墩柱的方式,可能与在另一个项目中定义的方式不同,因为还没有建立标准。在我们能够真正采用BrIM之前,需要一个详细的分类系统,以便其他涉及该部件或该词条的项目能共享且保持一致。我们需要这样的一致性,保证客户使用BrIM技术时,有充分的依据,进而完成比对、借鉴等工作。这还将进一步影响到合同、标书的编写,基于契约化的语言,完成一种基于统一定义下的模型报告。可以说,这种一致性的影响范围已经超越了工程管理本身。”

 

BrIM在设计、施工等方面的价值

 

美国犹他州在3D桥梁设计建模和施工应用方面是领先于其他州的。自2014年起,犹他州交通局就完成了10个使用3D模型的道路项目,目前正在进行的项目中还包括了3座旧桥的重建试点。“我们的试点项目进展非常顺利,”斯旺维克说,“使用3D和BrIM,目标是产生最优设计,并通过从设计到施工以及后期养护的信息传递,帮助所有与该桥相关的部门做出更好的决策,这种决策覆盖桥梁资产管理的整个生命周期。”

 

在桥梁竣工后,给桥梁管理单位交付一套该桥的完整模型,相当于移交了一个桥梁的基因数据库,这是BrIM系统的一个重要的长期收益。举一个简单的例子,该系统可以自动对各类型重型卡车提供过桥通路指示与禁行信息,防止偏压力造成重心偏移与侧翻,确保路网安全性与流动性。

 

BrIM能覆盖后期的资产管理阶段,使得在桥梁运维监测过程中不再需要人为地输入、传输桥梁的健康状况数据。斯旺维克说:“我们希望在施工之外的阶段能继续沿用BrIM,这样,我们的桥梁监测人员在现场就可以用平板电脑直接调出模型,并实时自动更新数据库中的桥梁状态信息。”

 

 

桥梁建设与维护所带来的挑战需要多部门合作,并促使承包商和设备制造商以不同的方式进行创新。例如芬兰赫尔辛基祖父桥(Grandfathers Bridge)的建造,当年是在BIM下从头到尾进行的,实现了无纸化设计和施工。该桥跨度为144.3米,宽度4米,桥面上挂有22对吊杆。

 

祖父桥项目的工程师阿基•科普拉(Aki Kopra)说:“在这个项目的投标阶段,应用BIM模型的方案就参与其中,我认为这种方法正变得越来越普遍。对我来说,这是第一个项目,通过简化桥梁的规划过程,BIM协助工程师规避了错误的决定,节省了成本。”BIM不仅用于祖父桥的设计,还用于制定时间表、监控和支持各种构件的制造和安装。例如,将钢结构的状态划分为三个阶段进行调度——设计、制造和安装。该项目的BIM顾问公司专家萨沃莱恩(Jarkko Savolainen)说:“使用BIM后的规划过程更简单、更清晰。它还为项目的所有不同方面提供了更多的透明性,还使现场工作人员能够看到和理解桥梁结构。这使得我们沟通更容易,整个项目运转更流畅。”

 

 

项目团队通过选择共享Tekla模型来访问组合模型,这意味着每个参与者都能够使用不断更新的模型,包括本桥的业主方——赫尔辛基市市政单位,他们可以通过可视化的模型实时跟进项目进展。

 

合作是桥梁等大型项目的共同主题。总部位于丹麦的安博集团(Ramboll Group)为印度21.8公里长的海上桥梁的建设提供支持。孟买跨海大桥将成为印度最长的跨海大桥,预计耗资22亿美元(约合150亿人民币)。孟买跨海大桥连接孟买与它的一座卫星城——新孟买。安博集团预计,在桥梁向公共开放的第一年,每天将有62000辆汽车驶过该桥。如果新孟买的国际机场在未来十年投入运营,这一数字预计将增加到20万左右。安博集团全球主管希奥贝克(Lars Thorbek)说:“我们预计全球交通流量在十年内将继续增长35%,发展中国家会更多,欧洲大陆目前有不少于十亿美元规模的桥梁改扩建工程。市政部门,也就是工程最大的业主方,已经提出了新的要求,主要是全程可视化、安全且不中断交通。因此在技术层面,我们必然会更多地依赖3D模型和数据平台,这对桥梁交付使用后的运营也有好处。”

 

未来是什么样的?我们如何实现?

 

BrIM早期的使用者已经完成了对该技术形成完整平台后的潜力做出的探索。许多人预计BrIM将在未来十年逐渐占据主导地位。利用模型的项目管理将使通信更加透明,促成设计、采购、管理等层面的大范围协作。库拉尼说:“我认为,我们正在朝着模型导向的工作方式过渡,逐步提高效率,并促进项目所有者和利益相关者之间的、新的全面合作。在加州交通局,我们仍然主要遵循传统的设计—投标—建造流程。承包商对于目前的流程感到满意,他们主动要求采用BrIM的可能性很小。然而,我们必须在技术上取得进步,推动创新与变革,为我们的项目进一步提高效率、达到更少的浪费和更好的结果,效率一直是我们追求的目标,创新与变革是重要的手段。在BrIM平台的工作方式使我们能够更有效地工作,在有限的预算中做更多的事情。”

 

同样的,BrIM在设计与构建情景中更有效,因为桥梁的各个利益相关方在某种程度上是一个团队,更有效率的工作和更高额的回报,会让大家有动力完成这项变革。随着一座座桥梁建模的完成,各种信息将不断在BriM平台刷新,我们会看到这个行业开始走向一种全新的合作方式。

 

加州交通局非常关注BrIM的进展,并将在其员工中增加一位BIM专家,帮助自己的员工走出这项变革中最关键的第一步,即从头建设。库拉尼说:“应用BrIM的方针已经确定,我们已经准备好应对BrIM的挑战,尽可能让BrIM成为未来工作的主流。这是一种工作文化的转变,也许要我们把很基础的习惯都改掉,但我们正在帮助我们的工程师熟悉BrIM,日复一日、一点一滴地感受BrIM带来的好处,并将这个观念与价值分享给桥梁产业链上更多的人。”

 

 

教育也是推动行业向前发展的重要部分。迈尔说:“对BrIM使用者进行的培训,将成为关键。”以道路设计作一个类比,我们从上世纪90年代开始就用电脑工具来设计道路,但工程信息的交接还是困难重重,有时下游的承包商需要反向游说、甚至讨好设计方和业主方,来索要关键的数据,这一点必须通过系统升级得到改善。美国交通局近年来着重考虑工程信息交接系统的改进,这也是推动BrIM平台发展的动力之一。BrIM系统的普及,让工程交接不再需要开会通报、不再需要工程师入驻考察,这必将进入一个自动化数据传递的新时代。

 

最后必须承认,美国许多州交通局也是初识BrIM,还不确定如何走出第一步。斯旺维克认为,可以通过评估当前的项目工作流程,找到一个BrIM使用的切入点,即一个能使用BrIM进行有效工作的区域或阶段作为开始。目前还没有关于如何使用BrIM的指南手册,但随着业界共同开发标准,应对BrIM给项目工作流程和项目交付阶段所带来的挑战和机遇,BrIM的推广将变得更加容易。这需要顾问团队、桥梁各环节的使用者参与进来,我们需要的是整个对BrIM的认知与接受,最终在全产业链上获得更大的利益。

 

 

编后

 

BrIM平台的背后是什么?是标准,标准,还是标准!但是,推行一套新的标准难度很大。

 

2019年末,再谈桥梁行业的标准化,产业链上细碎而相对独立的分工,大小企业间合作信息之不对等,同领域中的山头林立,已经让年轻工程师感到迷惘与彷徨。本文披露出美国2019年BrIM计划的最新进展,及其背后大量的桥谱数据更新、标准制定等繁琐的工作。与之类似的还有日本在2013年启动的跨部门战略创新推行计划(SIP),这些都是发达国家为确保其行业科技竞争力的世界领先地位而投入的“重注”!我国有集中力量办大事的行政能力,找准方向投重注之前需要大量基础工作的累积。一边学透日、美等国的经验,做到知其所以然;一边扎实地把眼前的工作做好。

 

BrIM技术的出现,无疑是一次技术层面的倒逼,对美国各州现行的工作流程同样形成转型的压力。BrIM这个能显著提高效率的技术的出现,正在迫使美国桥梁工程界形成统一的定义分类系统。可以明确的是,这是一个国家级的、由多部门共同构建的系统性工程;但不同的是,这次的定义标准修订覆盖面将达到前所未有的宽广,领域内各分支区块的玩家都将受到冲击,但会得到更多的收益;可以预期的是,一旦标准制定完成,BrIM系统的运转将带动产业链各环节商业模式的一次革新。《桥梁》杂志记者团队将与您共同持续关注美国下一阶段,如何推动BrIM平台在各州的应用案例。

 

0相关评论

更多>相关BIM新闻
推荐图文
推荐BIM新闻
阅读排行
评论排行
关于我们
关于我们
本站动态
免责声明
联系我们
我们的服务
会员服务
广告服务
排名推广
积分商城
帮助中心
积分规则
网站留言
友情链接
网站地图
关注我们
新浪微博
RSS订阅
微信公众号
手机版