梁舜云LIANG Shun-yun；
吕若丹LU Ruo-dan；
汪军WANG Jun
（①蜀道投资集团有限责任公司，成都 610095；
②四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，成都 610041）
桥梁检测是桥梁养护、维修、加固的信息前提，是决定维修与加固方案是否可靠的保证，也是桥梁评定、养护、维修与加固工作中必不可少的重要组成部分。桥梁检测分为经常性检测、定期检测和特殊检测三种。定检通常提供有关桥梁状况的最新和最全面的数据，是维护计划的关键输入信息源。目前，桥梁定检方法主要是传统的人工检测手段，存在诸多问题和弊病，如桥梁检测数据采集仍然是手动检测并纸质记录，质量差，效率低，主观性大[1]；
原始数据线下记录，错误率高，且不易更改，无法多人协同，重复工作量大；
内业数据整理工作量大，进展迟缓，成果提交缓慢，检测效率无法提升；
检测报告繁杂，整理工作量大，成果提交不规范不统一；
数据统计困难，未形成数据资产，纸质报告数据难追溯，难以汇总统计和分析；
对检测单位监理工作繁重，缺乏桥梁检测过程监管等[2]。
已有相关研究桥梁检测的方法来解决当前桥梁定检的业务发展的各种问题，让桥梁定检信息化、数字化、智能化，提高效率和质量。Javadnejad F 等人[3]将GIS 技术引入桥梁检测中，开发了基于GIS 的BridgeDex 系统，实现了历史桥梁图像信息和多尺寸桥梁检测图像信息的集成。Zhu Z 等人[4]基于图像分割技术将大尺寸墩柱通过多视场多图像的融合，结合人工神经网络检测墩柱混凝土表面。汤怀胜[5]建立了桥梁信息资料库以存储信息，如基本信息、检查信息、维护信息等，对桥梁构件、病害信息等进行了详细的分类。吴晓辉[1]开发设计出了一个包含桥梁管理大部分业务流程的桥梁信息管理系统。针对桥梁管理员设计了基于Android 平台的移动信息采集子系统，针对普通市民开发了基于微信小程序平台的病害举报子系统，针对决策人员开发了辅助决策子系统。
从当前国内桥检业界，针对桥梁检测信息化产品的研发，已有相关产品出现，如招商桥梁智检系统、辽宁院定检系统等。总体来说，国内桥检系统在功能上主要服务于桥梁检查，基本都实现了桥检数据采集和处理的电子化、智能化，对桥检数据采集、录入和处理进行有机集成，并有配套研制的桥梁定检APP 用于数据采集，系统都基本能满足桥梁定检所需，可根据养护的目标、构件标准化统一、病害类型的统一，以及桥梁地理和结构特点，进行优化后实施。其他系统功能大同小异，有自己的特点，也有不足之处，包括系统底层基础业务数据不完整且建立费时费力，基础数据利用率较低，没有真正支撑起桥梁全周期数字化应用；
规范内置不完整、不合理，数据标准化程度不高；
数据采集的可操作性低，录入病害的方式单一；
系统功能可用性、易用性较差，没有做到离线采集数据，数据传递与资源共享效率低；
BIM+GIS 方面的应用薄弱，没有真正发挥BIM 技术的作用等诸多问题。
鉴于以上行业痛点，本文引入协同与数字化理念，采用业务标准化思路与EBS+WBS 数据链等技术，研究基于协同理念的BIM+GIS 桥梁定检系统。
2.1 协同工作
根据桥梁检测和BIM 应用相关标准，如《公路桥梁技术状况评定标准》《公路工程信息模型应用标准》等，按照桥梁检测业务需求，建立统一桥梁协同检测系统的基础业务数据表，包括EBS 基础数据库（图1）、桥梁检测病害库、病害处置措施库等。在桥梁检测系统的业务功能中调用基础业务数据库中的数据用于数据采集录入，使得桥梁检测工作在时间上和空间上实现基础数据源的统一、业务数据高效协同，保证集团级或区域级的运作标准化，积累项目业务结构化、标准化的数据资产，支撑后续病害分析。同时，改变传统桥梁定检软件的工作模式为业主主导、多方参与、协同工作，支持多家检测单位、多家项目业主，同时进行多个检测项目标准化运作。
图1 EBS 数据库
2.2 EBS+WBS 数据链
根据待检测桥梁结构形式，利用EBS 类型库划分待检测桥梁的EBS，并据此建立桥梁EBS 结构树。桥检系统根据EBS 与WBS 映射关联关系，自动由EBS 生成WBS,构建桥梁EBS-WBS 数据链[6]（图2）。根据EBS-WBS 数据链建立现场采集数据EBS 与桥梁定检技术评定WBS 的关联关系，使得桥梁检测数据可传递到桥梁结构全周期数字化数据链条中。
图2 EBS-WBS 数据链
2.3 BIM+GIS 集成融合
基于BIM+GIS 技术，将协同所获取的病害数据、评分数据、电子报告、业务开展情况（现场人员考勤、路线信息、统计信息）等在三维可视化系统总集成展示（图3）。BIM+GIS 的三维场景融合可从宏观上了解三类及以上的桥梁区域分布情况，也可从微观层面了解病害构件在桥梁中的位置。使分散、孤立的桥梁定检信息能直观、形象呈现，极大程度提高桥梁定检业务开展的质量和效率。
图3 BIM+GIS 系统集成桥梁定检数据
2.4 数据共享与数字化交付
2.4.1 数据共享
桥梁协同检测系统需要实现的一大核心目标是数据共享，包含四层含义：一是基础数据的共享，即根据桥梁检测业务需要，将检测涉及的基础数据建成基础库表，如病害库、病害处置措施库等，将这类数据向下沉淀，作为基础数据供给整个系统的不同功能使用，做到基础数据的共享与利用；
二是数据在不同终端、不同用户、不同地域之间实现数据共享，这是基于云服务的软件产品具备的基本特征；
三是检测过程中的数据共享，需要做到同一数据只录入一次，在其他地方需要用的则调用数据源的数据即可，避免重复录入，提高数据利用率，让数据共享即刻发挥作用；
四是数据在不同阶段之间共享，如EBS 是来自设计阶段的，桥梁设计竣工图是来自建设阶段，两类数据融合检测数据，推送到养护运营中用于桥梁养护和运营管理。
2.4.2 数字化交付
桥梁检测交付的数据包含检测桥梁信息（含EBS）、检测原始数据（含WBS）、检测报告、现场照片等信息，数据范围涵盖设计、检测、运维养护全过程。参与检测全过程的单位很多，有建设方（企业）、检测单位、运营单位、养护单位等，不同单位交付的数据形式多样，内容有叠加，需要去除冗余数据，并按类库的要求进行组织，以确保能正确地加载到交付平台，且关联关系正确，实现有效的归类存储，供用户浏览查询。
交付的文档属于非结构构型数据，包括已盖章的桥检报告、图形图片、图纸资料等，与交付的数据一样，涵盖设计、检测、养护全过程，各单位提交前，应按照数字化交付平台要求调整文档格式，如.docx、.dwg 等。
交付的三维模型是对桥梁工程及周边地形地物的虚拟可视化表达，它包含但不限于桥梁结构模型、周边构筑物模型、地形模型、设备模型等。为构建这些种类繁杂的立体模型所使用的三维设计软件如CREO、Solidworks、PDMS、TEKLA、Bentley、CATIA 等多达几十种，因此需要将它们转化为交付平台要求的统一格式，并拼接成一个完整的模型。
通过数据传递与智能分析，实现针对桥梁健康状况的自动评分，桥梁定检报告自动生成，由纸质报告交付模式变革为数字化交付。
针对基于协同理念的BIM+GIS 桥梁定检系统进行业务流程开发，业务应用主流程如图4 所示。
图4 桥梁定检系统业务应用主流程
3.1 项目准备
为业主单位部署桥梁协同检测系统，创建账号、角色、组织，分配权限，完成基础数据初始化。业主单位将待检测的路线及相应检测桥梁信息向检测单位开放，检测单位统一使用桥梁协同检测系统，创建检测项目。
3.2 数据准备
检测单位根据桥梁信息，应用EBS 管理模块快速标准化创建待检测桥梁EBS 数据，后续所有检测数据将基于统一的EBS 结构进行采集，实现数据共享与协同。
3.3 现场检测
检测人员通过APP（在线/离线）采集功能，调用项目基础数据，通过EBS 选择对应部位、部件、构件，对病害种类、标度、病害位置、病害照片等病害信息进行模板化填报，系统自动生成病害数据记录，并同步上传云端服务器。
3.4 过程监管
业主单位可通过APP 对现场检测人员资质（试验检测工程师职业资格证书）、现场考勤及检测进度（按大类统计病害采集进度）的监管，保障项目实施进度、质量。
3.5 数据审查
现场检测完成后，可在系统中对检测数据进行查看、复核、修改、补充等操作，保障检测数据的完整性及准确性。
3.6 评分评级
外业采集完成后，检测单位通过系统评分功能对桥梁进行评分评级，系统自动根据《公路桥梁技术状况评定标准》（JTG/H21-2011）中的相关规定，对各构件、部件、桥面系、上部结构、下部结构及桥梁总体技术状况进行评定，检测单位专业技术人员也可对自动评定结果实施干预，根据专业判断调整评定结果。技术评定基于桥梁EBS 自动生成的WBS 结构树完成，按照规范要求输出评定结果。
3.7 成果输出
桥梁检测内业数据处理工作完成后，检测单位通过使用系统的报告生成功能，能自动按标准化模板输出桥梁检测报告，系统生成的检测报告经检测单位检测工程师修改并内部审核确认后，出版装订盖章并交付业主，扫描盖章版可上传至检测系统归档。
3.8 统计分析
业主单位通过统计分析页面可以实时、清晰地了解到桥梁的整体现状，可以任意地导出相关的统计报表数据，如：主线桥的数量、长度统计，三类桥梁统计、单孔跨径大于150m 的桥梁统计、主线桥梁长度的统计。检测人员和管理人员通过数据统计分析结果，可直观查阅检测桥梁病害情况，并对检测项目进行管理，同时分析结果支撑专业技术判定。（图5）
图5 检测数据统计分析
3.9 可视化显示
系统以EBS 为中心将检测数据、BIM 模型等形成数据链，通过BIM+GIS 可视化呈现桥梁各个部位、部件、构件的健康状况及检测数据，让管理者对桥梁检测情况一目了然（图6）。
图6 检测路线、项目及数据三维可视化展示
基于协同理念的BIM+GIS 桥梁定检系统引入协同工作理念，支撑桥检业务参与各方实时协同支撑桥检业务参与各方的实时协同，以桥梁构件编码的统一系统化、检测数据采集的标准化、检测数据处理的自动化、检测交付成果的数据化，实现检测业务全过程数字化及桥梁病害的智能化跟踪数据。通过EBS+WBS 数据链实现的数据组织，既保证了数据满足与BIM 模型数据融合，又保证了数据满足检测业务需求，使检测数据可在BIM+GIS 系统中集成展示。系统实现工程数字化交付，由纸质报告交付模式变革为数字化交付，所有结构化数据、BIM 模型均可作为交付物，提高交付范围和质量。桥检工作检测工作由结果管理变革为过程管理。相应开发的桥梁业务流程高效支撑了桥检业务的开展和管理。
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