Система управления мостом
Система управления мостами ( BMS ) представляет собой набор методологий и процедур для управления информацией о мостах . Такая система способна документировать и обрабатывать данные на протяжении всего жизненного цикла конструкции: проектирование , строительство , мониторинг, техническое обслуживание и завершение эксплуатации. [1] [2]
Аббревиатура BMS, впервые использованная в литературе в 1987 году, обычно используется в проектировании конструкций для обозначения одного или комбинации цифровых инструментов и программного обеспечения, которые поддерживают документацию каждой практики, связанной с отдельной конструкцией. [3] Такая архитектура программного обеспечения должна удовлетворять потребности управляющих дорожными активами, заинтересованных в отслеживании состояния работоспособности мостов посредством рабочего процесса, в основном основанного на 4 компонентах: инвентаризация данных, управление затратами и строительством, структурный анализ и оценка, а также планирование технического обслуживания. [1] Реализация BMS обычно строится на основе реляционных баз данных , географических информационных систем (ГИС) и платформы информационного моделирования зданий (BIM), также называемой информационным моделированием мостов (BrIM). [4] с программным обеспечением фотограмметрической и лазерной обработки, используемым для управления данными, собранными в ходе целевых проверок. Результатом всей процедуры, как указано также в некоторых национальных руководствах разных стран, обычно является определение приоритетности вмешательств на мостах, отнесенных к разным уровням риска в соответствии с собранной и обработанной информацией. [5] [4]
История
[ редактировать ]С конца 1980-х годов структурная оценка состояния и мониторинг мостов стали важной темой в области управления гражданской инфраструктурой . [6] В 1990-х годах Федеральное управление автомобильных дорог (FHWA) США продвигало и спонсировало PONTIS и BRIDGEIT, две компьютеризированные платформы для инвентаризации и мониторинга виадуков, получившие название BMS. [2] [6] В последующие годы, в том числе за пределами США, растущая потребность в организованном и оцифрованном управлении дорожными активами побудила ответственные национальные агентства принять все более сложные решения, способные достичь своих целей, такие как инвентаризация зданий и базы данных проверок , планирование технического обслуживания, ремонта. и реабилитационные мероприятия на систематической основе, оптимизируя распределение финансовых ресурсов и повышая безопасность пользователей моста. [1] Более того, по состоянию на 2020-е годы возникновение некоторых значительных событий обрушения мостов и повышенная чувствительность к воздействию на окружающую среду операций по управлению крупными сооружениями побудили некоторые национальные органы власти, такие как Франция и Италия, разработать национальные руководящие принципы с подробными инструкциями по разработке и внедрение многоуровневой BMS для оптимизации управления мостом. [7] [8] [5]
Компоненты системы
[ редактировать ]Исследователи в области строительного проектирования выделили 4 основных компонента реализации функциональной BMS: [1]
- Инвентаризация данных.
- Управление стоимостью и строительством.
- Структурный анализ и оценка.
- Планирование технического обслуживания.
Инвентаризация данных
[ редактировать ]Данные и информацию, относящиеся к каждому этапу жизненного цикла мостов, необходимо собирать и архивировать с помощью гибкого подхода, позволяющего эффективно обновлять их и получать к ним доступ. В широко используемых BMS такая цель достигается за счет принятия решений для баз данных , которые позволяют документировать данные в различных форматах, таких как тексты, изображения, трехмерные модели и многое другое. [1] Действительно, инвентаризация обычно включает в себя технические чертежи первоначального проекта, письменные отчеты о периодических проверках на месте , серии численных наблюдений за измерениями, записанными установленными датчиками, а также данные с географической привязкой о месте сооружения, а также трехмерную масштабированную модель , которая документирует фактическое состояние моста. [9]
В то время как сбор исторической документации и проектирование сооружения представлены аналоговыми и цифровыми архивами, управляемыми управляющими дорожными активами, ввод геометрических данных предполагает применение топографических методов посредством специальных съемок на местах. В частности, проверки мостов для 3D-реконструкции цифрового двойника конструкции обычно состоят из исследовательских кампаний с использованием измерений глобальной навигационной спутниковой системы , наземной и беспилотной фотограмметрии и лазерного сканирования . Управление данными на этом этапе подразумевает использование географических информационных систем, BIM и программного обеспечения для автоматизированного проектирования , манипулирующих как 2D, так и 3D данными с географической привязкой. Полученные продукты включают облака точек и сетки, которые служат основой для построения процессов информационного моделирования. Обследования моста могут повторяться на разных этапах жизненного цикла конструкции, и их частота зависит от принятия решений и определения приоритетности работ по техническому обслуживанию и национальных руководящих принципов. [1]
Помимо визуального геоматического контроля, обычно применяются другие методы неразрушающего контроля , позволяющие собирать данные, не ограничивающиеся точной геометрической реконструкцией конструкции, но и состоянием материала. В этом случае применение георадара для обнаружения износа арматуры настилов и инфракрасной термографии для выявления расслоения и разрушения компонентов моста хорошо задокументировано в научных исследованиях и считается дополнительным шагом к традиционным подходам к визуальному контролю. [10]
-
Тахеометр Leica MS60, измеряющий элементы моста -
Призма ретрорефлектора, используемая для измерения расстояний и углов с помощью тахеометра. -
Получение облака точек с помощью лазерного сканера FARO.
Управление затратами и строительством
[ редактировать ]Точная реализация виртуального цифрового двойника или модели BIM конструкции считается отправной точкой для управления бюджетом и оптимизации с момента ранних исследований BMS. Например, это дает возможность рассчитать общую стоимость материалов и специализированного оператора, необходимых на этапе строительства, заранее оценить затраты и, следовательно, принять более эффективные экономические стратегии. [11] Кроме того, многовременное управление информацией, относящейся к конкретным частям моста, дает возможность определять эффективные графики для планирования доставки материалов, мониторинга и документации хода проекта, улучшения графика строительства и координации рабочих и экспертов. [12] В последних приложениях BMS устойчивость также играет решающую роль в определении процедур оптимизации затрат с использованием специальных подходов, таких как оценка жизненного цикла , расчет углеродного следа и энергопотребления на различных этапах жизненного цикла моста. [8]
Структурный анализ и оценка
[ редактировать ]
Визуальный осмотр часто приводит к хранению больших объемов данных в инвентаризации BMS, которые служат входными данными для процессов на основе изображений для обнаружения дефектов и повреждений. В то время как традиционный метод просто основан на оценке человека, методы компьютерного зрения , использующие преимущества искусственного интеллекта и машинного обучения, полуавтоматизируют извлечение значимой информации из фотографий, сделанных во время проверок. [13] Например, недавние применения семантической сегментации позволяют идентифицировать элементы, подверженные коррозии или другим явлениям деградации. [14] позволяя экспертам присвоить степень тяжести ущерба. [1] Дополнительную информацию о состоянии конструкции дает численное моделирование усталостного поведения с использованием метода конечных элементов . Этот случай особенно ценен, когда доступны данные углубленных детальных проверок или нагрузочных испытаний, что обеспечивает богатый информационный запас также для компьютерного моделирования поведения и механики напряжений. [15] [1]
В более крупном территориальном масштабе аналогичный подход к классификации также применяется для оценки контекста всей дорожной сети , в которой находится отдельная анализируемая структура. Такой количественный анализ обычно связан с оценкой деформаций дорожного покрытия с помощью технологий InSAR или с расчетом и прогнозированием среднесуточного транспортного потока в средах ГИС. [16] [17]
Все результаты, полученные в результате анализа, моделирования и классификации уровней серьезности, служат исходными данными для определения приоритетности вмешательств, что является основной частью компонента планирования технического обслуживания в системе BMS. [4] [1]
Планирование технического обслуживания
[ редактировать ]
Определение графика работы и более детальная проверка являются ключевой функцией в процессе принятия решений по BMS. На основе количественных и качественных данных, полученных в ходе плановых проверок и обработки информации на этапе структурного анализа, пользователям BMS необходимо определить приоритетные вмешательства с помощью специального плана технического обслуживания. Эта цель достигается за счет внедрения платформ и инструментов, которые позволяют заинтересованным сторонам изучать данные, результаты и наблюдения и связывать их с подробными информационными бюллетенями, в которых сообщается о состоянии здоровья каждого структурного элемента моста . [4]
Приоритетность вмешательства в отношении отдельных элементов или всей конструкции определяется с помощью многокритериального подхода, учитывающего риск дефекта или разрушения. В частности, этот процесс обычно подразумевает вычисление индексов для количественной оценки опасности , уязвимости и подверженности ценностям и выводит из них класс предупреждения. [7] Классы предупреждений затем служат параметрами для определения приоритетности выделения средств и операторов для дальнейшего детального и более частого мониторинга структур, подвергающихся риску. В результате мосты, структурная целостность и работоспособность которых нарушены в большей степени, классифицируются как более высокие классы опасности и требуют целенаправленного вмешательства. Эта операция необходима для определения необходимости специальных проверок с участием опытных операторов и специальных испытаний (например, испытаний под нагрузкой каких-либо новых или дополнительных датчиков (например, экстензометра , акселерометра ) для непрерывного мониторинга на конструкциях для целевого мониторинга. ), а также необходимости установки [7]
Национальные рекомендации
[ редактировать ]Чтобы оценить и количественно оценить состояние мостов, расположенных на их национальной территории, многие страны сформулировали ряд общих указаний и рекомендаций по внедрению специализированных систем управления мостами.
Франция
[ редактировать ]В 2019 году Французский центр исследований рисков, окружающей среды, мобильности и городского планирования (CEREMA) в сотрудничестве с Французским институтом науки и технологий транспорта , развития и сетей опубликовал национальные рекомендации, предлагающие многоуровневую методологию оценки и сетей. управление риском разрушения из-за размыва мостов с фундаментами, находящимися в воде. Текущая версия французских руководств касается только размыва мостов и гидравлического риска. Предлагаемая методология работает на 4 уровнях: [5]
- Сводный анализ: качественный анализ рисков в больших масштабах и классификация конструкции на три класса риска: низкий, средний и высокий;
- Упрощенный анализ: полуколичественный анализ мостов, ранее отнесенных к среднему и высокому уровню риска;
- Детальный анализ: углубленные исследования структур высокого риска с использованием подходов численного моделирования.
- Управление рисками : определение действий по улучшению условий и/или снижению чувствительности критических мостов.
Италия
[ редактировать ]
Обеспечение безопасности и благополучия этой дорожной инфраструктуры стало неотложным вопросом в Италии, особенно после того, как обрушения мостов . в последнее десятилетие произошли [18] В ответ на потребность в достоверной и актуальной информации о состоянии мостов в 2020 году Высший совет общественных работ Италии разработал Руководство по классификации и управлению рисками. [19] Эти руководящие принципы устанавливают многоуровневый подход к документированию характеристик мостов, оценке их состояния посредством визуального осмотра и выявления повреждений, а также определению их классификации рисков на основе опасностей, подверженности и уязвимости, полученных на предыдущих этапах. [5] В дальнейшем в зависимости от присвоенного класса определяется количество уровней исследования, необходимых для оценки безопасности сооружения. Затем управляющим дорожными активами предлагается создать и поддерживать систему управления, способную вовремя отслеживать вмешательства, документируя дефекты, оцененные на различных участках моста, а также условия окружающей среды на площадке ( гидравлика , геология , сейсмология ). В руководящих принципах определены шесть уровней: [7]
- 1. Сбор имеющихся данных о строительстве мостов, доступ к существующим архивам;
- 2. Отчеты визуального осмотра геометрии конструкции и состояния элементов моста;
- 3. Классификация риска конструкции по одному из пяти классов внимания: низкий, средне-низкий, средний, средне-высокий и высокий;
- 4. Упрощенная оценка безопасности мостов среднего и средне-высокого класса внимания;
- 5. Точная оценка безопасности мостов класса повышенного внимания;
- 6. Анализ устойчивости на сетевом уровне. (Составлено только в текущей версии руководящих принципов). [5]
Примеры
[ редактировать ]Ниже приведены примеры часто используемого программного обеспечения для управления мостами:
- Pontis , теперь известная как AASHTOWare Bridge Management, программное обеспечение BMS, спонсируемое Федеральным управлением шоссейных дорог США для управления сетями автомагистралей; [20]
- DANBRO+, компьютерная BMS, широко используемая в Дании; [21]
- SwissInspect, швейцарская платформа цифровых двойников, специализирующаяся на управлении гражданской инфраструктурой, в основном мостами; [22]
- INBEE, цифровая платформа и мобильное приложение, реализующие итальянские рекомендации по мониторингу мостов. [23]
См. также
[ редактировать ]- Структурный мониторинг здоровья
- Система управления
- Цифровой двойник
- Структурное проектирование
- Глоссарий строительной техники
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Даян, Вандад; Чилише, Николас; Гасанлы, Реза (2022). «Обзор развития информационного моделирования в системах управления мостами» . Журнал строительной техники и менеджмента . 148 (9). doi : 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0002340 . ISSN 0733-9364 . S2CID 250152261 .
- ^ Jump up to: а б Хоук, Хью; Смолл, Эдгар П. (1998). «Система управления мостом BRIDGIT» . Международный структурный инжиниринг . 8 (4): 309–314. дои : 10.2749/101686698780488712 . ISSN 1016-8664 .
- ^ Хадсон, Юго-Запад; Кармайкл III, РФ; Мозер, Ло; Хадсон, WR; Уилкс, WJ (1987). «МОСТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ» . Отчет NCHRP (300). ISSN 0077-5614 .
- ^ Jump up to: а б с д Мохаммади, Масуд; Рашиди, Мария; Мусави, Вахид; Ю, Ян; Самали, Биджан (2022). «Применение метода TLS при оцифровке мостовой инфраструктуры: путь к развитию BrIM» . Дистанционное зондирование . 14 (5): 1148. дои : 10.3390/rs14051148 . ISSN 2072-4292 .
- ^ Jump up to: а б с д и Джордано, ПФ; Турксезер, З.И.; Лимонджелли, член парламента (27 июня 2022 г.), «Оценка мостов на основе риска размыва: итальянские и французские рекомендации» , Безопасность мостов, техническое обслуживание, управление, жизненный цикл, устойчивость и устойчивость (1-е изд.), Лондон: CRC Press , стр. 1393–1399, doi : 10.1201/9781003322641-169 , ISBN. 978-1-003-32264-1 , получено 5 июля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Томпсон, Пол Д.; Смолл, Эдгар П.; Джонсон, Майкл; Маршалл, Аллен Р. (1998). «Система управления мостом Понтис» . Международный структурный инжиниринг . 8 (4): 303–308. дои : 10.2749/101686698780488758 . ISSN 1016-8664 .
- ^ Jump up to: а б с д Натали, Аньезе; Козентино, Антонелла; Морелли, Франческо; Сальваторе, Уолтер (2023). «Многоуровневый подход к управлению существующими мостами: критический анализ и применение итальянских рекомендаций с новыми инструкциями по эксплуатации» . Инфраструктуры . 8 (4): 70. doi : 10.3390/infrastructures8040070 . ISSN 2412-3811 .
- ^ Jump up to: а б Кэвунруен, Сакдират; Сресакулчай, Джессада; Чжоу, Чжихао (2020). «Управление жизненным циклом мостовой инфраструктуры на основе устойчивого развития с использованием 6D BIM» . Устойчивость . 12 (6): 2436. дои : 10.3390/su12062436 . ISSN 2071-1050 .
- ^ Шим, Чанг-Су; Данг, Нгок-Сон; Лон, Соканья; Чон, Чи-Хо (2019). «Разработка системы технического обслуживания мостов из предварительно напряженного железобетона с использованием 3D-модели цифрового двойника» . Проектирование структуры и инфраструктуры . 15 (10): 1319–1332. дои : 10.1080/15732479.2019.1620789 . ISSN 1573-2479 . S2CID 191152354 .
- ^ Абдаллах, Абдельрахман М.; Атадеро, Ребекка А.; Озбек, Мехмет Э. (2022). «Современный обзор планирования осмотра мостов: текущая ситуация и будущие потребности» . Журнал мостостроения . 27 (2). doi : 10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001812 . ISSN 1084-0702 . S2CID 244515687 .
- ^ Орчези, Андре Д.; Франгопол, Дэн М. (2010). «Оптимизация управления мостами в условиях бюджетных ограничений: роль мониторинга состояния конструкций» . Отчет о транспортных исследованиях: Журнал Совета по транспортным исследованиям . 2202 (1): 148–158. дои : 10.3141/2202-18 . ISSN 0361-1981 . S2CID 109515237 .
- ^ Цзоу, Ян; Кивиниеми, Арто; Джонс, Стивен В.; Уолш, Джеймс (01 февраля 2019 г.). «Управление информацией о рисках для мостов путем интеграции структуры распределения рисков в 3D/4D BIM» . Журнал гражданского строительства KSCE . 23 (2): 467–480. дои : 10.1007/s12205-018-1924-3 . ISSN 1976-3808 . S2CID 255540775 .
- ^ Чен, Джие-Хаур; Су, Му-Чун; Цао, Жуйцзюнь; Сюй, Шу-Чиен; Лу, Джин-Чун (01 января 2017 г.). «Самоорганизующаяся модель распознавания и обработки изображений на основе оптимизации карт для проверки трещин на мостах» . Автоматизация в строительстве . 73 : 58–66. дои : 10.1016/j.autcon.2016.08.033 . hdl : 10397/101282 . ISSN 0926-5805 .
- ^ Ахуджа, Санджай Кумар; Шукла, Манодж Кумар (2018). «Обзор подходов к обнаружению коррозии на основе компьютерного зрения» . В Сатапати — Суреш Чандра; Джоши, Амит (ред.). Информационные и коммуникационные технологии для интеллектуальных систем (ICTIS 2017) – Том 2 . Умные инновации, системы и технологии. Том. 84. Чам: Международное издательство Springer. стр. 55–63. дои : 10.1007/978-3-319-63645-0_6 . ISBN 978-3-319-63645-0 .
- ^ Чжу, Живэнь; Сян, Цзе; Ли, Цзяньпэн; Хуан, Ян; Руан, Шипенг (15 апреля 2020 г.). «Усталостное поведение ортотропных мостовых настилов с двумя типами геометрии выреза на основе полевого мониторинга и анализа методом конечных элементов» . Инженерные сооружения . 209 : 109926. doi : 10.1016/j.engstruct.2019.109926 . ISSN 0141-0296 . S2CID 214390583 .
- ^ Маккиаруло, Валентина; Милилло, Пьетро; Бленкинсопп, Крис; Джардина, Джорджия (2022). «Мониторинг деформаций инфраструктурных сетей: полностью автоматизированная интеграция с ГИС и анализ временных рядов InSAR» . Структурный мониторинг здоровья . 21 (4): 1849–1878. дои : 10.1177/14759217211045912 . ISSN 1475-9217 . S2CID 245807673 .
- ^ Цзян, Б.; Лю, К. (2009). «Топологические представления и анализ улиц для прогнозирования транспортных потоков в ГИС» . Международный журнал географической информатики . 23 (9): 1119–1137. arXiv : 0709.1981 . дои : 10.1080/13658810701690448 . ISSN 1365-8816 . S2CID 32772999 .
- ^ Кальви, Джан Мишель; Моратти, Маттео; О'Рейли, Джерард Дж.; Скаттарреджа, Никола; Монтейро, Рикардо; Маломо, Даниэле; Кальви, Паоло Мартино; Пиньо, Руи (03 апреля 2019 г.). «Однажды в Италии: Сказка о мосте Моранди» . Международный структурный инжиниринг . 29 (2): 198–217. дои : 10.1080/10168664.2018.1558033 . ISSN 1016-8664 . S2CID 116753139 .
- ^ Высший совет общественных работ (2020 г.). «Руководство по классификации и управлению рисками, оценке безопасности и мониторингу существующих мостов» . Министерство инфраструктуры и транспорта . Проверено 5 июля 2023 г.
- ^ «ААШТОВэрский мост» . Проверено 6 июля 2023 г.
- ^ Паулу Ж. да Соуза Крус; Дэн М. Франгопол; Луис К. Канхото Невес, ред. (11 марта 2015 г.). Достижения в области технического обслуживания мостов, управления безопасностью и эффективности жизненного цикла . Третья международная конференция по содержанию, безопасности и управлению мостами, 16-19 июля 2006 г., Порту, Португалия – IABMAS '06. Лондон: CRC Press. дои : 10.1201/b18175 . ISBN 978-0-429-15809-4 .
- ^ «SwissInspect – создание цифровых двойников инфраструктуры» . www.swissinspect.io . Проверено 6 июля 2023 г.
- ^ "ИНБИ" . Инби (на итальянском языке) . Проверено 6 июля 2023 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Хадсон, Юго-Запад; Кармайкл III, РФ; Мозер, Ло; Хадсон, WR; Уилкс, WJ (декабрь 1987 г.). «МОСТОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ» . Отчет НЦРП (300) . Получено 7 июля 2023 г. - через Совет транспортных исследований США.
- «Руководство по классификации и управлению рисками, оценке безопасности и мониторингу существующих мостов» (на итальянском языке) . Проверено 6 июля 2023 г.
- «Анализ рисков мостов на обыскиваемых участках: руководство Cerema» . Церема, климат и территории завтрашнего дня. Развитие и устойчивость (на французском языке). 28 марта 2019 г. Проверено 6 июля 2023 г.