养护阶段三维数字化桥梁工程的基础数据管理

张耀允 ，孙 莉 ，何 飞

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能与环保技术及装备交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

引言

随着信息化技术的发展，尤其是BIM技术的推广，基础设施工程的信息化和数字化在应用广度和深度上有了很大进步。长大桥梁做为交通重要的基础设施，基本建设了养护管理系统、健康检测系统等，数据相对完善、准确。以公路长江大桥为例，讨论在三维数字化的过程中，如何梳理数字化桥梁基础数据和业务数据之间的关系，在基础数据获取、更新、存储和分享等环节进行探索，努力提高数据管理的效率和质量。

1 养护阶段桥梁工程的业务数据现状及特点

长大桥梁基础资料数据相对完善，同时保存和记录了运维过程中的各类巡查、检测数据。此外建设有健康监测系统，实时记录与发布桥梁的各类环境和自身结构数据。一般每月会提交桥梁的病害报告，每年进行定期检查，针对突发事件进行针对性的检查，具备良好的数据采集与上报机制。

通过对长江公路大桥和其它大型公路桥梁养护管理单位的调研，总结养护阶段长大桥梁的数据特点包括：（1）数据全面，功能需求较明确；（2）业务类数据丰富，但是空间类基础数据缺乏；（3）数据多源，存在不统一问题；（4）存储方式不一致，集中程度不高。

2 数字化桥梁工程的基础数据

数字化桥梁工程需要良好的基础数据基础，这些基础数据格式、存储分享方式、展现形式等方面都不同于养护运维的业务数据，需要专门的数据管理策略。数字化桥梁工程的基础数据包括桥梁三维信息模型数据、周边基础地理信息数据等，见表1。

表1 数字化桥梁的基础数据种类

3 桥梁三维数字化

3.1 逆向建模

已有大型桥梁的信息模型创建不同于设计建造阶段，其数据来源是以竣工图纸为基准，结合现场数据采集，最终完成信息模型的重新构建。

在桥梁信息模型的创建中，首先需要在国家和行业标准的原则下进行工作设计，确定其实体分解方式、构件面向对象分类及属性结构、细节程度、分层分块等参数。然后在Revit、Micro station、Catia等三维CAD软件中完成几何模型的创建，同时根据标准完成基本属性的填写或抽取。最后进行质量的检核和错误的修改，形成拓朴关系清晰准确、数据组织有序的信息模型。

此外，根据目标和需求的不同，需要通过倾斜摄影或三维激光扫描获取桥梁及周边的地表信息数据，见图1。

图1 公路长江大桥的服务区实景模型

3.2 数据结构的调整

以往的数据对象是针对不同的工作内容创建，如桥梁技术状况评定是根据评分部件-构件创建；竣工的成果对象是以分部分项及检验批组织；造价是以分部分项清单预算和核算；图纸资料是以设计文件编制目录管理。

数字化信息模型的数据结构是以图形或结构为依据建立工程对象，这与各个工作的对象不一致，在现状基础上，通过两方面建立信息的关联关系：（1）调整各部分工作对象的数据结构；（2）建立各个对象之间的关系对象。

在桥梁技术状况中，桥梁的评分构件是最小单元的构件，其粒度粗于信息模型的构件，因此分别对信息模型和评分构件进行调整，保证构件粒度小于等于构件，然后建立了其多对一的对应关系表。在巡检工作中，建立工作、构件之间的关系，实现了基于构件的关联巡检工作查询和基于工作的构件集合查询。建立病害对象，检查记录对象。建立病害、检查记录和构件的相互管理关系，即病害与构件是多对一关系，检查记录与病害是多对一关系，见图2。

图2 检查记录-病害-构件的类

3.3 数据整合

由于数据粒度的不一致，信息模型关联的信息不能全部直接从已有的数据库中获取，大多数需要进行数据整合。ETL是数据整合过程中的数据抽取、数据转换和数据载入三个标准环节，最终实现数据的清洗，形成高质量的数据成果。桥梁养护数据的ETL包括三类：原有数据的关联、基于原有数据的再处理、新建数据的搜集。

3.4 集成BIM的管理系统开发

在图3图形可视化的支持下，针对桥梁养护的技术状况、病害台账、健康检测数据集成、资料文档检索、巡查任务覆盖等环节可以在三维场景中展现。基于养护的历史数据和已有的软、硬件条件，完全新建BIM养护管理系统是不现实的方式。稳健的方式是新建BIM可视化模块，使用原有系统的数据库或数据接口，最终弥补相关的空间功能。

图3 构件评分可视化渲染

4 数据运维

4.1 空间数据的存储与分享

数字化桥梁工程中涉及的基础空间数据种类较多，根据不同数据的类型和来源，需要针对性的数据管理方式。同时，数字化桥梁工程的信息模型的数据量比较大，构件数量多，直接文件式储存效率低下，需要统一规范化管理。

在本项目中，采用GIS类软件的空间数据管理功能，可以有效地解决问题。通过超图的IDesktop建立专门的工作空间，规范存储数据；通过IServer，可以将工作空间中的数据资源打包发布成地图服务，实现数据的分享。同时借助其分布式存储和调用的能力，提升大量数据的存储和使用的效率。

4.2 数据变更与维护

随着桥梁寿命的增加和养护的实施，数字化桥梁的基础数据需要变换更新。因此，需要建立完善的元数据，准确全面地描述数据的版本号、生产商、维护者、更新时间、空间参考系等信息。记录关键数据的历史数据，如每期控制点复测的坐标值、变形监测的测量数据等。建立数据维护的运行机制和安全机制，由数据仓库管理员定期进行数据备份与同步，不同数据类型分开管理，保障基础数据的长效运行。

4.3 BIM可视化模块或系统的升级维护

三维技术已经从桌面端逐渐扩展至web端和移动端，硬件水平的持续提升也使得图形渲染的效率大大提升。随着主流技术的进步和业务需求的发展，BIM可视化模块需要不断地更新功能和提高运行效率，从而发挥数据的最大功效，提升桥梁养护水平。

5 结语

数字化桥梁工程是数字化交通的组成部分，未来会有更多的大型基础设施在计算机世界中重建。随着数据规模的不断扩大、数据详细程度的不断丰富和数据种类的逐步完善，相关的数据管理工作将会越来越重要，需要在制度、管理、技术和人员方面不断地优化与完善。