在全美范圍內(nèi)，有結(jié)構(gòu)缺陷的橋梁越來越多。據(jù)統(tǒng)計，美國有614,387座各式各類的橋梁，其中，有四成橋梁的使用年限達到了50年以上。在這四成老橋中，有5萬多座橋梁需要維修或更換。在美國工程師學會(ASCE)最新的基礎(chǔ)設(shè)施報告中，橋梁這一類別只獲得了C+的分數(shù)。主要原因是協(xié)會認為需要修繕的橋梁數(shù)量巨大，資金投入大，周期長，對很多州政府來說是巨大的考驗。雖然有些州已經(jīng)提前行動，但是整體情況不樂觀。橋梁的評級分數(shù)低于公路和其他的基礎(chǔ)設(shè)施平均分數(shù)。
在全美橋梁翻修的工程實踐中，很多私企已經(jīng)開始通過BIM技術(shù)，努力實現(xiàn)工程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并在積極尋找針對橋梁BIM技術(shù)的一整套應用方法，探索提高橋梁設(shè)計、施工、資產(chǎn)管理效率的新模式。
2018年，美國愛荷華州（Iowa）交通局牽頭啟動了一個交通集資項目，旨在提高橋梁BIM數(shù)據(jù)的開放水平，BIM在橋梁領(lǐng)域的專屬軟件也稱BrIM，其中字母“B”被“Br”替代，代表專門為橋梁工程而開發(fā)的BIM系統(tǒng)。基于BrIM系統(tǒng)對橋梁工程的價值，美國15個州的交通局組成專家組，投入BrIM的進一步研發(fā)與潛在價值的探索。
變革的出現(xiàn)
從橋梁的規(guī)劃到設(shè)計、施工和資產(chǎn)管理，BrIM帶來了一系列好處。通過有大數(shù)據(jù)庫的構(gòu)件模型，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)更新、自由修正設(shè)計圖、管理文檔等，全面提高橋梁設(shè)計質(zhì)量和效率。BrIM還可以精確地指導部件預制、材料交付，精準控時，幫助完成跨領(lǐng)域的項目協(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)與當前的工程管理方式結(jié)合起來，這對于大多數(shù)設(shè)計經(jīng)營管理單位都是一次文化的變革。
一些州的交通局已經(jīng)在試點項目中探索應用BrIM，而大多數(shù)州則是剛剛開始了解3D BrIM建模。這里需要說明一點：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對象，BrIM特別強調(diào)中間的字母“I”，也就是信息（Information）。BrIM能在設(shè)計和建造的過程中積累了大量的細節(jié)和數(shù)據(jù)，這在橋梁的整個生命周期中都是很有用的。盡管美國各州在BrIM的應用上水平參差不齊，但絕大多數(shù)州的交通局都認可BrIM是未來橋梁設(shè)計與管理的方向。盡管讓傳統(tǒng)行業(yè)做出改變很難，但只要經(jīng)過簡單收益-成本計算就會知道，這是一項值得為之努力的項目。
美國加州交通局橋梁設(shè)計中心主任庫蘭尼（Elias Kurani）也認為，BrIM的應用需要各交通局真正走出傳統(tǒng)的舒適區(qū)。庫蘭尼說:“長期以來，2D一直是標準，而且我們學習應用的課本、軟件都是基于2D標準的，操作起來熟悉且舒適。但是，當我們看到了3D模型帶來的價值，其可視化、準確性和交叉學科的融合性，讓我們決心做出一些變革，但這需要一些時間。不過，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。”
我們欣喜的看到，隨著越來越多的“數(shù)字原住民（碼農(nóng)）”加入到工程行業(yè)的隊伍中來，這種數(shù)字化轉(zhuǎn)型，尤其是向可作圖模型的發(fā)展，是一項重要轉(zhuǎn)變。費爾凱普咨詢公司(Fair Cape Consulting)的首席顧問、交通集資項目的參與者弗朗西絲卡邁爾(Francesca Maier)認為：“對新技術(shù)的學習和適應能力是當今和未來吸引人才的關(guān)鍵，年輕的工程師對數(shù)字化的工作流程是有預期的，橋梁行業(yè)將不再雇傭且不會挽留那些仍然停留在2D層面的技術(shù)人才。”
美國猶他州(Utah)交通局首席結(jié)構(gòu)工程師兼美國國家公路運輸協(xié)會(AASHTO)橋梁與結(jié)構(gòu)委員會主席斯萬維克(Carmen Swanwick)非常同意數(shù)字化的工作流程將會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:“現(xiàn)在剛從大學畢業(yè)的工程師們可不想在紙上起草計劃，他們想在一個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隊協(xié)作。我們是優(yōu)秀工程師的一個重要的行業(yè)出口，需要為他們提供應用新技術(shù)的機會，教育與培訓，這也是行業(yè)整體向前發(fā)展的動力。”
行業(yè)共識與標準化是關(guān)鍵
除了推動行業(yè)文化變革和教育培訓之外，該集資項目中涉及的15個州交通局還負責統(tǒng)籌，為美國橋梁設(shè)計與建造制定標準、更新定義、重新分級等工作。這些基礎(chǔ)工作的重大意義是：形成一個行業(yè)的公開數(shù)據(jù)交換標準，為BrIM技術(shù)的全面深入應用鋪平道路。
“能否成功使用BrIM技術(shù)，將取決于能否通過公開的數(shù)據(jù)標準，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特定的數(shù)據(jù)格式中，那就不能共享這個模型。” 斯萬維克補充道。在這種情況下，部分數(shù)據(jù)一旦被孤立，BrIM技術(shù)所帶來的好處將會大打折扣。反之，一旦我們同意在某種基礎(chǔ)共識上形成一系列的橋梁文件數(shù)據(jù)格式，全國業(yè)主與供應商就都可以參與到這個可靠的數(shù)據(jù)交換中。“這時，從設(shè)計到施工，從業(yè)主到總包單位，我們將看到產(chǎn)業(yè)鏈上各個環(huán)節(jié)的深刻變革，對此我們充滿期待。”
標準化的系統(tǒng)分類、分級工作同樣重要。斯萬維克說:“比如，今天我們在一個項目中定義某個墩柱的方式，可能與在另一個項目中定義的方式不同，因為還沒有建立標準。在我們能夠真正采用BrIM之前，需要一個詳細的分類系統(tǒng)，以便其他涉及該部件或該詞條的項目能共享且保持一致。我們需要這樣的一致性，保證客戶使用BrIM技術(shù)時，有充分的依據(jù)，進而完成比對、借鑒等工作。這還將進一步影響到合同、標書的編寫，基于契約化的語言，完成一種基于統(tǒng)一定義下的模型報告。可以說，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、施工等方面的價值
美國猶他州在3D橋梁設(shè)計建模和施工應用方面是領(lǐng)先于其他州的。自2014年起，猶他州交通局就完成了10個使用3D模型的道路項目，目前正在進行的項目中還包括了3座舊橋的重建試點。“我們的試點項目進展非常順利，”斯旺維克說，“使用3D和BrIM，目標是產(chǎn)生最優(yōu)設(shè)計，并通過從設(shè)計到施工以及后期養(yǎng)護的信息傳遞，幫助所有與該橋相關(guān)的部門做出更好的決策，這種決策覆蓋橋梁資產(chǎn)管理的整個生命周期。”
在橋梁竣工后，給橋梁管理單位交付一套該橋的完整模型，相當于移交了一個橋梁的基因數(shù)據(jù)庫，這是BrIM系統(tǒng)的一個重要的長期收益。舉一個簡單的例子，該系統(tǒng)可以自動對各類型重型卡車提供過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)安全性與流動性。
BrIM能覆蓋后期的資產(chǎn)管理階段，使得在橋梁運維監(jiān)測過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:“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)測人員在現(xiàn)場就可以用平板電腦直接調(diào)出模型，并實時自動更新數(shù)據(jù)庫中的橋梁狀態(tài)信息。”
橋梁建設(shè)與維護所帶來的挑戰(zhàn)需要多部門合作，并促使承包商和設(shè)備制造商以不同的方式進行創(chuàng)新。例如芬蘭赫爾辛基祖父橋（Grandfathers Bridge）的建造，當年是在BIM下從頭到尾進行的，實現(xiàn)了無紙化設(shè)計和施工。該橋跨度為144.3米，寬度4米，橋面上掛有22對吊桿。
祖父橋項目的工程師阿基科普拉(Aki Kopra)說:“在這個項目的投標階段，應用BIM模型的方案就參與其中，我認為這種方法正變得越來越普遍。對我來說，這是第一個項目，通過簡化橋梁的規(guī)劃過程，BIM協(xié)助工程師規(guī)避了錯誤的決定，節(jié)省了成本。”BIM不僅用于祖父橋的設(shè)計，還用于制定時間表、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)劃分為三個階段進行調(diào)度——設(shè)計、制造和安裝。該項目的BIM顧問公司專家薩沃萊恩（Jarkko Savolainen）說:“使用BIM后的規(guī)劃過程更簡單、更清晰。它還為項目的所有不同方面提供了更多的透明性，還使現(xiàn)場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，整個項目運轉(zhuǎn)更流暢。”
項目團隊通過選擇共享Tekla模型來訪問組合模型，這意味著每個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，他們可以通過可視化的模型實時跟進項目進展。
合作是橋梁等大型項目的共同主題?？偛课挥诘湹陌膊┘瘓F（Ramboll Group）為印度21.8公里長的海上橋梁的建設(shè)提供支持。孟買跨海大橋?qū)⒊蔀橛《茸铋L的跨海大橋，預計耗資22億美元（約合150億人民幣）。孟買跨海大橋連接孟買與它的一座衛(wèi)星城——新孟買。安博集團預計，在橋梁向公共開放的第一年，每天將有62000輛汽車駛過該橋。如果新孟買的國際機場在未來十年投入運營，這一數(shù)字預計將增加到20萬左右。安博集團全球主管希奧貝克（Lars Thorbek）說:“我們預計全球交通流量在十年內(nèi)將繼續(xù)增長35%，發(fā)展中國家會更多，歐洲大陸目前有不少于十億美元規(guī)模的橋梁改擴建工程。市政部門，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，我們必然會更多地依賴3D模型和數(shù)據(jù)平臺，這對橋梁交付使用后的運營也有好處。”
未來是什么樣的？我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)？
BrIM早期的使用者已經(jīng)完成了對該技術(shù)形成完整平臺后的潛力做出的探索。許多人預計BrIM將在未來十年逐漸占據(jù)主導地位。利用模型的項目管理將使通信更加透明，促成設(shè)計、采購、管理等層面的大范圍協(xié)作。庫拉尼說:“我認為，我們正在朝著模型導向的工作方式過渡，逐步提高效率，并促進項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—投標—建造流程。承包商對于目前的流程感到滿意，他們主動要求采用BrIM的可能性很小。然而，我們必須在技術(shù)上取得進步，推動創(chuàng)新與變革，為我們的項目進一步提高效率、達到更少的浪費和更好的結(jié)果，效率一直是我們追求的目標，創(chuàng)新與變革是重要的手段。在BrIM平臺的工作方式使我們能夠更有效地工作，在有限的預算中做更多的事情。”
同樣的，BrIM在設(shè)計與構(gòu)建情景中更有效，因為橋梁的各個利益相關(guān)方在某種程度上是一個團隊，更有效率的工作和更高額的回報，會讓大家有動力完成這項變革。隨著一座座橋梁建模的完成，各種信息將不斷在BriM平臺刷新，我們會看到這個行業(yè)開始走向一種全新的合作方式。
加州交通局非常關(guān)注BrIM的進展，并將在其員工中增加一位BIM專家，幫助自己的員工走出這項變革中最關(guān)鍵的第一步，即從頭建設(shè)。庫拉尼說:“應用BrIM的方針已經(jīng)確定，我們已經(jīng)準備好應對BrIM的挑戰(zhàn)，盡可能讓BrIM成為未來工作的主流。這是一種工作文化的轉(zhuǎn)變，也許要我們把很基礎(chǔ)的習慣都改掉，但我們正在幫助我們的工程師熟悉BrIM，日復一日、一點一滴地感受BrIM帶來的好處，并將這個觀念與價值分享給橋梁產(chǎn)業(yè)鏈上更多的人。”
教育也是推動行業(yè)向前發(fā)展的重要部分。邁爾說：“對BrIM使用者進行的培訓，將成為關(guān)鍵。”以道路設(shè)計作一個類比，我們從上世紀90年代開始就用電腦工具來設(shè)計道路，但工程信息的交接還是困難重重，有時下游的承包商需要反向游說、甚至討好設(shè)計方和業(yè)主方，來索要關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，這一點必須通過系統(tǒng)升級得到改善。美國交通局近年來著重考慮工程信息交接系統(tǒng)的改進，這也是推動BrIM平臺發(fā)展的動力之一。BrIM系統(tǒng)的普及，讓工程交接不再需要開會通報、不再需要工程師入駐考察，這必將進入一個自動化數(shù)據(jù)傳遞的新時代。
最后必須承認，美國許多州交通局也是初識BrIM，還不確定如何走出第一步。斯旺維克認為，可以通過評估當前的項目工作流程，找到一個BrIM使用的切入點，即一個能使用BrIM進行有效工作的區(qū)域或階段作為開始。目前還沒有關(guān)于如何使用BrIM的指南手冊，但隨著業(yè)界共同開發(fā)標準，應對BrIM給項目工作流程和項目交付階段所帶來的挑戰(zhàn)和機遇，BrIM的推廣將變得更加容易。這需要顧問團隊、橋梁各環(huán)節(jié)的使用者參與進來，我們需要的是整個對BrIM的認知與接受，最終在全產(chǎn)業(yè)鏈上獲得更大的利益。
