在全美范圍內(nèi)，有結(jié)構(gòu)缺陷的橋梁越來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)有614,387座各式各類(lèi)的橋梁，其中，有四成橋梁的使用年限達(dá)到了50年以上。在這四成老橋中，有5萬(wàn)多座橋梁需要維修或更換。在美國(guó)工程師學(xué)會(huì)(ASCE)最新的基礎(chǔ)設(shè)施報(bào)告中，橋梁這一類(lèi)別只獲得了C+的分?jǐn)?shù)。主要原因是協(xié)會(huì)認(rèn)為需要修繕的橋梁數(shù)量巨大，資金投入大，周期長(zhǎng)，對(duì)很多州政府來(lái)說(shuō)是巨大的考驗(yàn)。雖然有些州已經(jīng)提前行動(dòng)，但是整體情況不樂(lè)觀(guān)。橋梁的評(píng)級(jí)分?jǐn)?shù)低于公路和其他的基礎(chǔ)設(shè)施平均分?jǐn)?shù)。
在全美橋梁翻修的工程實(shí)踐中，很多私企已經(jīng)開(kāi)始通過(guò)BIM技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)工程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在積極尋找針對(duì)橋梁BIM技術(shù)的一整套應(yīng)用方法，探索提高橋梁設(shè)計(jì)、施工、資產(chǎn)管理效率的新模式。
2018年，美國(guó)愛(ài)荷華州（Iowa）交通局牽頭啟動(dòng)了一個(gè)交通集資項(xiàng)目，旨在提高橋梁BIM數(shù)據(jù)的開(kāi)放水平，BIM在橋梁領(lǐng)域的專(zhuān)屬軟件也稱(chēng)BrIM，其中字母“B”被“Br”替代，代表專(zhuān)門(mén)為橋梁工程而開(kāi)發(fā)的BIM系統(tǒng)?；贐rIM系統(tǒng)對(duì)橋梁工程的價(jià)值，美國(guó)15個(gè)州的交通局組成專(zhuān)家組，投入BrIM的進(jìn)一步研發(fā)與潛在價(jià)值的探索。
變革的出現(xiàn)
從橋梁的規(guī)劃到設(shè)計(jì)、施工和資產(chǎn)管理，BrIM帶來(lái)了一系列好處。通過(guò)有大數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)件模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新、自由修正設(shè)計(jì)圖、管理文檔等，全面提高橋梁設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。BrIM還可以精確地指導(dǎo)部件預(yù)制、材料交付，精準(zhǔn)控時(shí)，幫助完成跨領(lǐng)域的項(xiàng)目協(xié)作。
如今的BrIM技術(shù)已經(jīng)漸趨成熟，最大的挑戰(zhàn)已經(jīng)不是技術(shù)本身，而是將BrIM技術(shù)與當(dāng)前的工程管理方式結(jié)合起來(lái)，這對(duì)于大多數(shù)設(shè)計(jì)經(jīng)營(yíng)管理單位都是一次文化的變革。
一些州的交通局已經(jīng)在試點(diǎn)項(xiàng)目中探索應(yīng)用BrIM，而大多數(shù)州則是剛剛開(kāi)始了解3D BrIM建模。這里需要說(shuō)明一點(diǎn)：并非所有的三維建模軟件方案都等于BrIM。BrIM已經(jīng)超越了基本的3D對(duì)象，BrIM特別強(qiáng)調(diào)中間的字母“I”，也就是信息（Information）。BrIM能在設(shè)計(jì)和建造的過(guò)程中積累了大量的細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)，這在橋梁的整個(gè)生命周期中都是很有用的。盡管美國(guó)各州在BrIM的應(yīng)用上水平參差不齊，但絕大多數(shù)州的交通局都認(rèn)可BrIM是未來(lái)橋梁設(shè)計(jì)與管理的方向。盡管讓傳統(tǒng)行業(yè)做出改變很難，但只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單收益-成本計(jì)算就會(huì)知道，這是一項(xiàng)值得為之努力的項(xiàng)目。
美國(guó)加州交通局橋梁設(shè)計(jì)中心主任庫(kù)蘭尼（Elias Kurani）也認(rèn)為，BrIM的應(yīng)用需要各交通局真正走出傳統(tǒng)的舒適區(qū)。庫(kù)蘭尼說(shuō):“長(zhǎng)期以來(lái)，2D一直是標(biāo)準(zhǔn)，而且我們學(xué)習(xí)應(yīng)用的課本、軟件都是基于2D標(biāo)準(zhǔn)的，操作起來(lái)熟悉且舒適。但是，當(dāng)我們看到了3D模型帶來(lái)的價(jià)值，其可視化、準(zhǔn)確性和交叉學(xué)科的融合性，讓我們決心做出一些變革，但這需要一些時(shí)間。不過(guò)，我們相信這是行業(yè)向前發(fā)展的重要一步，我們必須去適應(yīng)。”
我們欣喜的看到，隨著越來(lái)越多的“數(shù)字原住民（碼農(nóng)）”加入到工程行業(yè)的隊(duì)伍中來(lái)，這種數(shù)字化轉(zhuǎn)型，尤其是向可作圖模型的發(fā)展，是一項(xiàng)重要轉(zhuǎn)變。費(fèi)爾凱普咨詢(xún)公司(Fair Cape Consulting)的首席顧問(wèn)、交通集資項(xiàng)目的參與者弗朗西絲卡邁爾(Francesca Maier)認(rèn)為：“對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力是當(dāng)今和未來(lái)吸引人才的關(guān)鍵，年輕的工程師對(duì)數(shù)字化的工作流程是有預(yù)期的，橋梁行業(yè)將不再雇傭且不會(huì)挽留那些仍然停留在2D層面的技術(shù)人才。”
美國(guó)猶他州(Utah)交通局首席結(jié)構(gòu)工程師兼美國(guó)國(guó)家公路運(yùn)輸協(xié)會(huì)(AASHTO)橋梁與結(jié)構(gòu)委員會(huì)主席斯萬(wàn)維克(Carmen Swanwick)非常同意數(shù)字化的工作流程將會(huì)吸引更年輕的工程師，甚至是跨行業(yè)的人才加入到橋梁工程的建設(shè)與管理之中。她說(shuō):“現(xiàn)在剛從大學(xué)畢業(yè)的工程師們可不想在紙上起草計(jì)劃，他們想在一個(gè)可以成圖的模型中工作，并讓他們的工作可視化，這有利于工作的透明與團(tuán)隊(duì)協(xié)作。我們是優(yōu)秀工程師的一個(gè)重要的行業(yè)出口，需要為他們提供應(yīng)用新技術(shù)的機(jī)會(huì)，教育與培訓(xùn)，這也是行業(yè)整體向前發(fā)展的動(dòng)力。”
行業(yè)共識(shí)與標(biāo)準(zhǔn)化是關(guān)鍵
除了推動(dòng)行業(yè)文化變革和教育培訓(xùn)之外，該集資項(xiàng)目中涉及的15個(gè)州交通局還負(fù)責(zé)統(tǒng)籌，為美國(guó)橋梁設(shè)計(jì)與建造制定標(biāo)準(zhǔn)、更新定義、重新分級(jí)等工作。這些基礎(chǔ)工作的重大意義是：形成一個(gè)行業(yè)的公開(kāi)數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，為BrIM技術(shù)的全面深入應(yīng)用鋪平道路。
“能否成功使用BrIM技術(shù)，將取決于能否通過(guò)公開(kāi)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，形成大量的、共享的、有活力的數(shù)據(jù)交換。如果我們被限制在一個(gè)特定的數(shù)據(jù)格式中，那就不能共享這個(gè)模型。” 斯萬(wàn)維克補(bǔ)充道。在這種情況下，部分?jǐn)?shù)據(jù)一旦被孤立，BrIM技術(shù)所帶來(lái)的好處將會(huì)大打折扣。反之，一旦我們同意在某種基礎(chǔ)共識(shí)上形成一系列的橋梁文件數(shù)據(jù)格式，全國(guó)業(yè)主與供應(yīng)商就都可以參與到這個(gè)可靠的數(shù)據(jù)交換中。“這時(shí)，從設(shè)計(jì)到施工，從業(yè)主到總包單位，我們將看到產(chǎn)業(yè)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)的深刻變革，對(duì)此我們充滿(mǎn)期待。”
標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)分類(lèi)、分級(jí)工作同樣重要。斯萬(wàn)維克說(shuō):“比如，今天我們?cè)谝粋€(gè)項(xiàng)目中定義某個(gè)墩柱的方式，可能與在另一個(gè)項(xiàng)目中定義的方式不同，因?yàn)檫€沒(méi)有建立標(biāo)準(zhǔn)。在我們能夠真正采用BrIM之前，需要一個(gè)詳細(xì)的分類(lèi)系統(tǒng)，以便其他涉及該部件或該詞條的項(xiàng)目能共享且保持一致。我們需要這樣的一致性，保證客戶(hù)使用BrIM技術(shù)時(shí)，有充分的依據(jù)，進(jìn)而完成比對(duì)、借鑒等工作。這還將進(jìn)一步影響到合同、標(biāo)書(shū)的編寫(xiě)，基于契約化的語(yǔ)言，完成一種基于統(tǒng)一定義下的模型報(bào)告?？梢哉f(shuō)，這種一致性的影響范圍已經(jīng)超越了工程管理本身。”
BrIM在設(shè)計(jì)、施工等方面的價(jià)值
美國(guó)猶他州在3D橋梁設(shè)計(jì)建模和施工應(yīng)用方面是領(lǐng)先于其他州的。自2014年起，猶他州交通局就完成了10個(gè)使用3D模型的道路項(xiàng)目，目前正在進(jìn)行的項(xiàng)目中還包括了3座舊橋的重建試點(diǎn)。“我們的試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)展非常順利，”斯旺維克說(shuō)，“使用3D和BrIM，目標(biāo)是產(chǎn)生最優(yōu)設(shè)計(jì)，并通過(guò)從設(shè)計(jì)到施工以及后期養(yǎng)護(hù)的信息傳遞，幫助所有與該橋相關(guān)的部門(mén)做出更好的決策，這種決策覆蓋橋梁資產(chǎn)管理的整個(gè)生命周期。”
在橋梁竣工后，給橋梁管理單位交付一套該橋的完整模型，相當(dāng)于移交了一個(gè)橋梁的基因數(shù)據(jù)庫(kù)，這是BrIM系統(tǒng)的一個(gè)重要的長(zhǎng)期收益。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，該系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)各類(lèi)型重型卡車(chē)提供過(guò)橋通路指示與禁行信息，防止偏壓力造成重心偏移與側(cè)翻，確保路網(wǎng)安全性與流動(dòng)性。
BrIM能覆蓋后期的資產(chǎn)管理階段，使得在橋梁運(yùn)維監(jiān)測(cè)過(guò)程中不再需要人為地輸入、傳輸橋梁的健康狀況數(shù)據(jù)。斯旺維克說(shuō):“我們希望在施工之外的階段能繼續(xù)沿用BrIM，這樣，我們的橋梁監(jiān)測(cè)人員在現(xiàn)場(chǎng)就可以用平板電腦直接調(diào)出模型，并實(shí)時(shí)自動(dòng)更新數(shù)據(jù)庫(kù)中的橋梁狀態(tài)信息。”
橋梁建設(shè)與維護(hù)所帶來(lái)的挑戰(zhàn)需要多部門(mén)合作，并促使承包商和設(shè)備制造商以不同的方式進(jìn)行創(chuàng)新。例如芬蘭赫爾辛基祖父橋（Grandfathers Bridge）的建造，當(dāng)年是在BIM下從頭到尾進(jìn)行的，實(shí)現(xiàn)了無(wú)紙化設(shè)計(jì)和施工。該橋跨度為144.3米，寬度4米，橋面上掛有22對(duì)吊桿。
祖父橋項(xiàng)目的工程師阿基科普拉(Aki Kopra)說(shuō):“在這個(gè)項(xiàng)目的投標(biāo)階段，應(yīng)用BIM模型的方案就參與其中，我認(rèn)為這種方法正變得越來(lái)越普遍。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這是第一個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)簡(jiǎn)化橋梁的規(guī)劃過(guò)程，BIM協(xié)助工程師規(guī)避了錯(cuò)誤的決定，節(jié)省了成本。”BIM不僅用于祖父橋的設(shè)計(jì)，還用于制定時(shí)間表、監(jiān)控和支持各種構(gòu)件的制造和安裝。例如，將鋼結(jié)構(gòu)的狀態(tài)劃分為三個(gè)階段進(jìn)行調(diào)度——設(shè)計(jì)、制造和安裝。該項(xiàng)目的BIM顧問(wèn)公司專(zhuān)家薩沃萊恩（Jarkko Savolainen）說(shuō):“使用BIM后的規(guī)劃過(guò)程更簡(jiǎn)單、更清晰。它還為項(xiàng)目的所有不同方面提供了更多的透明性，還使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能夠看到和理解橋梁結(jié)構(gòu)。這使得我們溝通更容易，整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)更流暢。”
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)選擇共享Tekla模型來(lái)訪(fǎng)問(wèn)組合模型，這意味著每個(gè)參與者都能夠使用不斷更新的模型，包括本橋的業(yè)主方——赫爾辛基市市政單位，他們可以通過(guò)可視化的模型實(shí)時(shí)跟進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)展。
合作是橋梁等大型項(xiàng)目的共同主題?？偛课挥诘湹陌膊┘瘓F(tuán)（Ramboll Group）為印度21.8公里長(zhǎng)的海上橋梁的建設(shè)提供支持。孟買(mǎi)跨海大橋?qū)⒊蔀橛《茸铋L(zhǎng)的跨海大橋，預(yù)計(jì)耗資22億美元（約合150億人民幣）。孟買(mǎi)跨海大橋連接孟買(mǎi)與它的一座衛(wèi)星城——新孟買(mǎi)。安博集團(tuán)預(yù)計(jì)，在橋梁向公共開(kāi)放的第一年，每天將有62000輛汽車(chē)駛過(guò)該橋。如果新孟買(mǎi)的國(guó)際機(jī)場(chǎng)在未來(lái)十年投入運(yùn)營(yíng)，這一數(shù)字預(yù)計(jì)將增加到20萬(wàn)左右。安博集團(tuán)全球主管希奧貝克（Lars Thorbek）說(shuō):“我們預(yù)計(jì)全球交通流量在十年內(nèi)將繼續(xù)增長(zhǎng)35%，發(fā)展中國(guó)家會(huì)更多，歐洲大陸目前有不少于十億美元規(guī)模的橋梁改擴(kuò)建工程。市政部門(mén)，也就是工程最大的業(yè)主方，已經(jīng)提出了新的要求，主要是全程可視化、安全且不中斷交通。因此在技術(shù)層面，我們必然會(huì)更多地依賴(lài)3D模型和數(shù)據(jù)平臺(tái)，這對(duì)橋梁交付使用后的運(yùn)營(yíng)也有好處。”
未來(lái)是什么樣的？我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)？
BrIM早期的使用者已經(jīng)完成了對(duì)該技術(shù)形成完整平臺(tái)后的潛力做出的探索。許多人預(yù)計(jì)BrIM將在未來(lái)十年逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。利用模型的項(xiàng)目管理將使通信更加透明，促成設(shè)計(jì)、采購(gòu)、管理等層面的大范圍協(xié)作。庫(kù)拉尼說(shuō):“我認(rèn)為，我們正在朝著模型導(dǎo)向的工作方式過(guò)渡，逐步提高效率，并促進(jìn)項(xiàng)目所有者和利益相關(guān)者之間的、新的全面合作。在加州交通局，我們?nèi)匀恢饕裱瓊鹘y(tǒng)的設(shè)計(jì)—投標(biāo)—建造流程。承包商對(duì)于目前的流程感到滿(mǎn)意，他們主動(dòng)要求采用BrIM的可能性很小。然而，我們必須在技術(shù)上取得進(jìn)步，推動(dòng)創(chuàng)新與變革，為我們的項(xiàng)目進(jìn)一步提高效率、達(dá)到更少的浪費(fèi)和更好的結(jié)果，效率一直是我們追求的目標(biāo)，創(chuàng)新與變革是重要的手段。在BrIM平臺(tái)的工作方式使我們能夠更有效地工作，在有限的預(yù)算中做更多的事情。”
同樣的，BrIM在設(shè)計(jì)與構(gòu)建情景中更有效，因?yàn)闃蛄旱母鱾€(gè)利益相關(guān)方在某種程度上是一個(gè)團(tuán)隊(duì)，更有效率的工作和更高額的回報(bào)，會(huì)讓大家有動(dòng)力完成這項(xiàng)變革。隨著一座座橋梁建模的完成，各種信息將不斷在BriM平臺(tái)刷新，我們會(huì)看到這個(gè)行業(yè)開(kāi)始走向一種全新的合作方式。
加州交通局非常關(guān)注BrIM的進(jìn)展，并將在其員工中增加一位BIM專(zhuān)家，幫助自己的員工走出這項(xiàng)變革中最關(guān)鍵的第一步，即從頭建設(shè)。庫(kù)拉尼說(shuō):“應(yīng)用BrIM的方針已經(jīng)確定，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)BrIM的挑戰(zhàn)，盡可能讓BrIM成為未來(lái)工作的主流。這是一種工作文化的轉(zhuǎn)變，也許要我們把很基礎(chǔ)的習(xí)慣都改掉，但我們正在幫助我們的工程師熟悉BrIM，日復(fù)一日、一點(diǎn)一滴地感受BrIM帶來(lái)的好處，并將這個(gè)觀(guān)念與價(jià)值分享給橋梁產(chǎn)業(yè)鏈上更多的人。”
教育也是推動(dòng)行業(yè)向前發(fā)展的重要部分。邁爾說(shuō)：“對(duì)BrIM使用者進(jìn)行的培訓(xùn)，將成為關(guān)鍵。”以道路設(shè)計(jì)作一個(gè)類(lèi)比，我們從上世紀(jì)90年代開(kāi)始就用電腦工具來(lái)設(shè)計(jì)道路，但工程信息的交接還是困難重重，有時(shí)下游的承包商需要反向游說(shuō)、甚至討好設(shè)計(jì)方和業(yè)主方，來(lái)索要關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)必須通過(guò)系統(tǒng)升級(jí)得到改善。美國(guó)交通局近年來(lái)著重考慮工程信息交接系統(tǒng)的改進(jìn)，這也是推動(dòng)BrIM平臺(tái)發(fā)展的動(dòng)力之一。BrIM系統(tǒng)的普及，讓工程交接不再需要開(kāi)會(huì)通報(bào)、不再需要工程師入駐考察，這必將進(jìn)入一個(gè)自動(dòng)化數(shù)據(jù)傳遞的新時(shí)代。
最后必須承認(rèn)，美國(guó)許多州交通局也是初識(shí)BrIM，還不確定如何走出第一步。斯旺維克認(rèn)為，可以通過(guò)評(píng)估當(dāng)前的項(xiàng)目工作流程，找到一個(gè)BrIM使用的切入點(diǎn)，即一個(gè)能使用BrIM進(jìn)行有效工作的區(qū)域或階段作為開(kāi)始。目前還沒(méi)有關(guān)于如何使用BrIM的指南手冊(cè)，但隨著業(yè)界共同開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)BrIM給項(xiàng)目工作流程和項(xiàng)目交付階段所帶來(lái)的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，BrIM的推廣將變得更加容易。這需要顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)、橋梁各環(huán)節(jié)的使用者參與進(jìn)來(lái)，我們需要的是整個(gè)對(duì)BrIM的認(rèn)知與接受，最終在全產(chǎn)業(yè)鏈上獲得更大的利益。
