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BIM+物联网+5G=?

2019-7-1 13:56
来自: 桥梁杂志 收藏 分享 邀请

“建筑信息模型”(BIM)可以用来展示整个高速公路寿命周期的全部生命过程。它可以承载全寿命周期各阶段所赋予的结构性能、建筑材料、施工工艺、车辆荷载等各种信息,并可随时对这些信息予以提取和补充。它具有可视 ...


 “建筑信息模型”(BIM)可以用来展示整个高速公路寿命周期的全部生命过程。它可以承载全寿命周期各阶段所赋予的结构性能、建筑材料、施工工艺、车辆荷载等各种信息,并可随时对这些信息予以提取和补充。它具有可视性、协调性和模拟性。因此,我们可以将其作为高速公路全寿命周期承载大数据的载体,从高速公路的规划、设计,到建设、运营等各个阶段,将不同阶段的各种信息,形象、立体地记录在这条高速公路建筑信息模型中。


物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络,物联网又称为传感网。理论上世界上的万事万物,不论大小,只要嵌入一个感应芯片(传感器),这个物体就可以“自动开口说话”。再借助无线网络技术,人们就可以和物体“对话”,物体和物体之间也能“交流”。数字化高速公路数据的采集就是要借助于“物联网”,通过射频识别(RFID)确定材料厂家、通过红外感应器确定施工环境、通过全球定位系统确定几何尺寸;通过计量传感器确定配合比,通过测压力芯片确定压实度;还可通过互联网把实验数据上传等形式。总之,可以采用一切互联、物联的手段获取信息,注入BIM载体,实现数字化高速公路。


5G时代的到来,才能够实现更多设备的连接、才能拥有更快的反应、传输更大的流量。并且只有5G才能实现 “万物互联”,可迅速地将材料、设备、工艺、质量、环境以及车辆荷载等一切信息传输到建筑信息模型——BIM中。没有5G难以实现更多设备的即时传输,就难以实现汽车与高速公路的信息交流与互通。


策划和设想


初步完成基于“BIM、物联网和5G”技术建设的“数字化高速公路”,可以通过以下三个阶段——设计阶段、建设阶段和运营阶段。之所以称之为初步完成,是因为这一数字化过程会贯穿于高速公路全寿命周期,将伴随这条高速公路的一生。



设计阶段


首先,BIM技术将使高速公路设计从传统用矢量图形构图(三视图:平面图、立面图、侧面图)来表示建造物的设计方法和思维方式,转变为通过数字化的建筑组件进行三维、立体来表示建造物的设计方法和思维方式。


新的设计方法和思维方式就是要将构成高速公路主体的每一个单元,利用BIM建立数字化的组件,该组件包含着内部构造、几何尺寸、材料性质、力学指标、工程数量等数字信息。设计中可通过这些数字化组件进行组合拼装。并利用BIM的以下特性进行设计:


1.利用BIM能够同构件之间形成互动性和反馈性的可视化特点,使你在整个的设计过程中都是在可视化的三维、立体实物图形中进行操作。


2.利用BIM可在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,解决混凝土构件尺寸之间、钢筋之间、预埋管道和构件之间等一系列相互碰撞、干扰、尺寸不合适等问题。


3.利用BIM可做更好的优化。设计的优化受信息复杂程度和时间的制约。没有准确的信息就做不出合理的优化结果,BIM模型提供了构造物的各方面信息,这就为更深入的优化创造了先决条件。目前基于BIM的优化可以做下面的工作——


①项目方案优化:把项目设计和投资分析结合起来,设计变化对投资的影响可以实时计算出来。


②特殊项目的设计优化:例如特殊桥型、隧道、互通等,对这些项目设计、施工方案进行优化,可以带来显著的时间和经济效益。


4.为施工提供更科学、准确、完善、直观的设计。并为后续数据的采集奠定基础。



施工阶段


设计已经提供了基于BIM技术的三维、立体,并承载了各种设计信息的电子设计文件,这为下一步采集记录施工信息奠定了基础。在施工阶段计算机信息技术和“物联网”将是信息数据采集的重要手段。通过计算机信息技术将材料信息如钢筋材质、生产厂家、出厂日期、出厂合格证,设备信息如拌和设备型号、压路机吨位、摊铺机型号,实验数据信息如压实度、填料含水量、填料CBR值等数据信息传输记录到基于BIM的模型中;通过物联网(传感网)将施工环境信息如施工温度、湿度、气象条件,施工工艺信息如压实度、平整度、智能张拉力、钢束伸长值、混凝土配合比等等,也都传输记录到基于BIM的模型中。


此时试想,利用BIM技术建设的高速公路,除了展现了一条现实的高速公路实体外,还展现的是一条以大数据为元素、三维立体、承载着大量信息的高速公路模型,这个模型就如同完全由数据堆积成一样。


然而,如此大的数据量,如此多的信息采集,依靠的必将是5G的“万物互联”和海量的流量传输。


运营阶段


高速公路建成后,除了要交出一条现实的高速公路实体,同时还要交出一条三维立体的承载着大量信息的高速公路信息模型。这条高速公路信息模型还没有建完,因为BIM是可以用来展示整个建筑全部生命周期,包括兴建过程及营运过程。


下一步进入5G时代,体会一下未来高速公路与行驶在高速公路上的汽车是如何相互对话的。未来的高速公路没有指路标志牌,没有安全护栏。因为,汽车将是自动驾驶,没有指路标志牌也绝不会走错路,没有安全护栏也不会发生事故。高速公路两侧会仅剩下轮廓标,在轮廓标上除了有反光标,还将增加芯片或者二维码,在芯片或者二维码上将为汽车提供诸如:路况、位置、周围环境等信息。因为5G下载速度比现有的4G网络快1000倍,高速行驶的车辆可随时感知驾驶人员想知道的一切信息。与此同时,汽车的信息也会同时被高速公路所设置的传感器收集。通过物联网把行驶在高速公路上的汽车信息:车型、车号、车速、荷载、单轴重等,传输到高速公路BIM模型中。


高速公路BIM模型从设计到建设,再到运营,其数据信息不断的在充实,不断的在积累,只要这条实体的高速公路存在,它所承载的数据就会随时同步加密,这一过程会贯穿于这条高速公路的全寿命周期。



与大数据的共享和云计算


目前只是从高速公路设计、建设、运营这三个阶段,利用BIM模型参与对高速公路数字化的建设,但这仅仅是数字化高速公路的一部分。有了这个基础,在这个数据共享的时代,可以通过大数据和云计算来补充丰富模型。试想一下,通过高速公路收费信息系统提取出是谁在驾驶汽车(一卡通上会有驾驶人的个人信息);通过传感器知道车上乘坐多少人;通过物流信息系统知道车上的货物种类、数量及物流走向;通过服务区服务信息系统了解乘车人员休息、购物情况,等等。只要想知道,就可以通过数据共享了解其中的一切,这就是大数据的共享。成千上万台电脑和服务器连接成一片电脑云,这片电脑云会在我们的头上飘忽,我们可以乘着这朵朵的白云,摘取所需要的信息,填充到高速公路信息模型中,实现真正意义上的高速公路数字化。


与智能关联互通


目前,对智能交通的概念还只是靠想象来勾绘,未成定义。然而,万事万物要想具有智慧都离不开信息和信息的交流,可以说没有信息、没有信息的交流不可能产生智慧。而“建筑信息模型——BIM”提供了信息和信息交流的平台,为实现真正的智能交通提供了可能。即便如此,仍不敢说利用BIM建立的高速公路信息模型的作用就是高速公路具备了智能,但是这些作用对于当今乃至未来,确实意义重大,起码会为高速公路真正实现智能化打下基础,如果没有这些基础信息的积累,高速公路也很难实现真正的智能化。为此,利用BIM技术建设高速公路的发展需要与时俱进加快步伐,失去了从设计、建设到运营期的信息收集、积累,以后将会无法弥补,会失去这一信息资源,全国已经建设了多少高速公路,还能有多少需要建设。要想真正实现高速公路智能化,就要从BIM、物联网、5G技术入手。



信息模型的现实意义和对未来的展望


形象地说,利用“BIM、物联网和5G”技术建设的“数字高速公路”信息模型,当剖开路基某一断面,便会在这个断面里提取出这个断面的路基宽度、填高、横坡等几何尺寸,还可以读取施工单位、施工时间、软基处理厚度、各层填料的CBR值、压实度、含水量、分层填筑厚度等一切施工信息;剖开一个桥墩断面,马上可以了解用的哪家水泥、钢筋,标号是多少,砂石水泥用量、配合比是多少,混凝土实际标号是多少、塌落度是多少、施工温度是多少等一系列信息。


微观而论,此项技术的采用可以真正做到对高速公路的预防性养护。因为,从存储的设计信息中,可以得知各部位的结构力学参数、结构强度参数、安全系数储备等信息;从存储的施工信息中,可以得知所用材料性能、设备、工艺及外部施工环境信息;从存储的运营信息中,可以得知荷载作用以及自然环境信息。这些信息是确定预防性养护的基础,可以借助BIM所具有的模拟性,模拟出道路的使用状况,从而做出预先判断,确定养护方案。


宏观来看,此项技术的采用必将带动高速公路智能化的发展。一卡通、高速公路地理信息网、无人驾驶汽车、会“说话”的高速公路;物流信息、服务信息、收费管理信息,等等。通过大数据分析可以知道社会产品、原材料的流动方向,从而科学地确定我国的产业布局;通过大数据分析可以知道人的出行规律,为交通提供更好的服务。所有这些都是因为有了高速公路信息模型这个大数据的载体,让我们看到了未来高速公路真正智慧的曙光。


从未来发展来说,数字化高速公路在全寿命周期对信息的不断积累,就像一个历史的长河,记载着人类对高速公路建设的历史,蕴含着无穷无尽的能量,将会是留给后人十分珍贵的数据。


“数字化高速公路”是高速公路实现智能化的基础,而利用BIM技术建设的高速公路为我们提供了可视化、可协调、可模拟的大数据平台。利用BIM技术完成高速公路设计,并形成高速公路信息模型(BIM模型), 利用物联网技术对建设和运用数据进行采集,通过5G实现高速公路和车辆的信息传递,再从大数据共享中提取交通运输相关信息。把这些信息不断地注入高速公路信息模型(BIM模型)载体中。最终,通过云计算实现智能化交通。

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