橋梁信息建模標準化的新進展

橋梁信息建模標準化的新進展的圖1

BIM技術的應用最早從建筑行業開始,但從目前美國橋梁的發展來看,BIM也同樣適合在橋梁工程中應用。為了區別建筑與橋梁中的BIM技術,我們通常會在“BIM”這中間增加一個“r”,稱為“BrIM”,來代表橋梁工程中的BIM技術。

為什么要發展BrIM

BIM與BrIM從技術層面上并沒有本質的區別,但是如果深入思考這個問題就會發現,橋梁工程的發展以橫向為主,即沿著橋跨方向持續增長;而房屋建筑則是從底層開始,沿垂直方向無限提高。另外,橋梁的構成元素相對建筑來說,則更為簡單一些。所以,建筑領域中的BIM技術則包含的內容更多,例如機電、管線工程等。從發展動機來看,我們現在迫切地需要進入到數字化時代。

試想,建于四五十年前的橋梁,如果我們想要找到當時的設計圖稿,非常難。例如,想要簡化以前的設計標準,發現幾乎不可能找到之前的橋梁資料。鑒于這樣的情況,充分發揮電腦科技的潛能,將當前的應用轉化為全數字傳輸,以數字化的語言來表達整個橋梁生命周期內的各種信息,從“記賬”轉向更具附加值的工程。

橋梁信息建模標準化的新進展的圖2

2014年,麥格勞——希爾建筑公司(McGraw-Hill Construction)做了一項統計,90%的房屋建設使用了BIM技術,主要是矩形的建筑網格、樓層系統定義的幾何布局等,而橋梁上的應用卻少之又少。究其原因,有人認為早期的橋梁工程面向運輸,需要水平方向建設,幾何圖形多以水平對齊、垂直剖面和橫向交叉坡度來定義。但最根本的原因,則是行業內的信息無法有效地溝通交流。例如,BrIM應用從設計開始,經歷制造、施工,最后交付到運維管養方的信息卻損失了很多,已經無法繼續使用該信息進行溝通協作。美國聯邦政府正是認識到了這樣的問題,才開始決定要建立一套橋梁工程的數據標準,將整個橋梁全生命周期內的所有數據有效地整合在一起,確保數據在傳遞過程中不再缺失出錯。

為了更好地宣傳推廣BrIM,美國聯邦政府更希望給每一座橋梁建立一個電子檔案,著重考慮信息在多參與方之間的有效交互,不僅限于橋梁的初始設計階段,還包括后期橋梁的檢測評估等過程。

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開發BrIM數據標準的意義

美國聯邦政府希望參與BIM項目的所有利益相關方,包括業主、設計方、施工方、軟件服務商等都能聯合在一起,制定一個符合工程全壽命周期的數據交換標準。眾所周知,一個工程中涉及非常多的規范條目,在美國,每個州也有不同的設計、施工要求。要想將這些不同的數據格式統一,非常困難。為了在項目設計之初就能考慮到后續的管養問題,而且不讓數據在傳輸過程中出現紕漏,目前美國政府正在制定相關的標準細節,包括建模的標準、結構分析的標準、交付的標準等。把整個數據傳遞過程分為設計、制造、建設三個階段,保證各利益相關方的數據準確無誤地進行交互。

目前,美國政府已經確定了該標準中的30多個細節問題,包括實施的目標、總體路線圖、橋梁整個生命周期的分析等。充分利用科技手段,將工程項目從設計到運維,全部轉變成數字化的形式進行傳輸,而且進一步開發和推廣可適用多種需求的BrIM軟件,將不同利益方之間的數據無縫傳輸,促進多平臺的數據協作共享。例如從項目初期的可視化、詳細設計,到后期的檢測維護,以通用的標準格式自動進行數據傳輸。

對于橋梁構件標準的制定,將參數尺寸用標準化的數據模式定義,包括引用組件的位置、取向、偏移量、高程、坡度,以及引用文本數據、材料性能、檢驗數據等。

另外,還開發了基于云互聯網瀏覽器的工程工具,適用于電腦、平板電腦和手機,工程師們可以通過IE瀏覽器、谷歌瀏覽器,以及蘋果操作系統、微軟操作系統等,查看并使用這些數據。

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什么是OpenBrIM

目前,美國聯邦政府正在開展OpenBrIM作為橋梁行業的一個共識標準,用于集成結構設計、施工和橋梁生命周期管理的工程數據描述、建模和互操作性。它是一個完全開放的橋梁信息數字化描述標準,可以在項目開發過程中,在不同的利益相關者(工程師、制造者、承包商、業主等)之間進行交換,并可以為橋梁文件定義一個數字化檔案,其中涉及常用來描述橋梁構件以及構件的幾何圖形、材料、截面、參數等,它涵蓋了標準數字描述所需的格式、語法、模式、工作流等。

OpenBrIM并不是一款軟件,它是完全獨立于軟件存在,可以根據用戶的特定需求進行擴展及定制。

傳統的BIM或BrIM建模,必須依賴于使用供應商的專有軟件,及應用程序本地的數據格式創建模型。為了與其他應用程序平臺、組織和用戶共享數據,需要對數據進行轉換。在建筑行業,這種轉換通常使用IFC標準。但OpenBrIM將標準開發的責任,交到橋梁工程項目的專業人士手里,因此它的口號是“項目驅動的橋梁信息建?!薄_@為信息的實際用戶提供了一個機會,可以為他們最熟悉的橋梁標準組件定義必要的參數,而不是讓與橋梁行業幾乎沒有聯系的軟件程序員來開發標準。

OpenBrIM為各個模型組件的標準庫使用云上數據存儲方式。對于特定項目的所有授權用戶都可以訪問橋梁模型數據。這也免除了需要進行物理文件交換的麻煩。由于OpenBrIM的安裝完全獨立于任何本地軟件,同時通過國際公認的XML標準提供信息,這使得該程序擁有巨大的靈活性,只需要最少的硬件資源和連接到互聯網的web瀏覽器即可。例如,會議室的計算機,可以在會議期間快速訪問模型;檢查人員可以使用智能手機,在現場驗證所有橋梁組件。

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因為OpenBrIM是基于ParamML,而ParamML是一種XML的派生,是使用基于文本格式的編程語言,所以橋梁組件的對象及其數據參數都有通用的英語名稱和描述符,這使得大量用戶能夠很容易地理解它們。這些名稱可以根據橋梁行業的常用術語進行開發,也可以用其他語言制訂標準供國際使用。另外,在OpenBrIM中能夠方便地進行評審、操作和構建項目,而不需要具備廣泛的編程知識或閱讀計算機代碼的能力,這將極大地促進更廣泛的橋梁設計采用此標準。

OpenBrIM可以根據某種類型的項目組織來管理整個系統,其中包括對集中數據存儲庫的所有權和維護,以及對標準開發過程的控制。雖然OpenBrIM中的橋梁組件庫對象大約有30個或更多,但它們處于不同的開發階段。到目前為止,還沒有一個被認為是完全開發的使用標準。

雖然我們已經通過ParamML編碼,在項目文件中廣泛地開發和測試了庫對象的編譯,但是通過用戶界面構建類似的項目,需要更多的開發和試驗,為包含越來越多的細節和復雜性的項目,提供更快的使用效率??傊?,讓參與項目的所有人能夠共享工程數據,提供一個無阻礙的數據傳輸過程,搭建開放式的數據標準平臺,仍然是今后需要繼續努力的方向。

本文刊載 /《橋梁 · BIM視界》雜志 2019年 第1期 總第8期

作者 / W.Phillip Yen

作者系國際橋梁地震工程協會(IABEE)董事兼主席

來源:橋梁雜志

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