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[其他] 交通数字化转型升级进行时

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Nino 发表于 2022-3-9 13:04:35 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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本帖最后由 Nino 于 2022-3-9 11:57 编辑

数字化,已经成为了各行各业的热词。特别是在国民经济中发挥着重要作用的交通土建行业,从建设管理到装备产品,都打上了智能化、数字化的标签。而真正的数字化,于工程而言到底意味着什么?我们又能从中得到什么呢?

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交通运输是基础性、先导性、服务性的行业,在人民群众的出行、经济社会的发展当中发挥着重要的作用,“人民满意、保障有力、世界前列”的交通强国建设,为当前及今后一段时间交通运输行业的发展,指明了方向。


交通强国建设对交通数字化
提出了更高要求

对于交通信息化而言,《交通强国建设纲要》中明确提出要大力发展智慧交通,推动新技术与交通行业的深度融合。在《关于推动交通运输领域新型基础设施建设的指导意见》中则进一步细化,提出先进信息技术深度赋能交通基础设施,精准感知、精确分析、精细管理和精心服务的能力全面提升。这四个“精”是典型的效果特征,也就是说先进信息技术赋能基础设施之后的效果,应该是以这四个“精”为参考标准。2021年《国家综合立体交通网规划纲要》中更是直接提出了“到2035年,交通基础设施数字化率要达到90%”这一量化指标。

再看“十四五”的要求。2019年7月,交通运输部印发了《数字交通发展规划纲要》,明确提出了要加快交通运输信息化向数字化、网络化、智能化发展,为交通强国提供支撑。在2021年的《国民经济和社会发展“十四五”规划纲要》中,用整整一个篇章来阐述了“数字中国”的建设,以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式的变革。并提出要“完善城市信息模型平台”、“探索建设数字孪生城市”建设,规划纲要虽然没有明确提出使用建筑信息模型(BIM),但是引用了城市信息模型平台的概念。

整体来说,《交通强国建设纲要》对交通基础设施的数字化转型、智能化升级提出了明确的要求,其中数字化是网络化、智能化的基础。

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交安设施虚拟步行感知评价



BIM为交通基础设施数字化

提供天然的数据基础

BIM与数字化的关系


先来简单辨析一下信息化与数字化、网络化、智能化的关系。

传统的信息化在狭义上讲,往往是指业务的数据化,而数字化是指将管理对象实现数字还原和数字建模,也就是说在对对象本身进行数字还原的基础上,还需要业务逻辑、物理属性、空间属性进行建模和呈现,这是数字化和传统信息化的区别。网络化的本质是为了消除信息的孤岛,实现信息共享。智能化往往是在数字化的基础上,增加了洞察和预测,支撑人们做出更好的决策,实现更优的结果。这是“三化”和信息化的关系。

那么,BIM和数字化又有什么样的关系?BIM以其中心化模型、全周期数据集成、空间信息可视的表达、多源数据联动、空间定位、3D图形界面等优势,给交通基础设施数字化带来了天然的模型和数据基础。从整体上来看,BIM可以说是交通基础设施数字化的关键技术之一。BIM在交通工程中的运用可以体现在不同的阶段,例如可行性研究、规划、勘察、设计、施工、运营、养护等,但全生命周期应用才是BIM价值最大化的体现。而目前真正的全周期应用还比较少,大部分还是围绕着某一阶段的具体任务来进行实现,对行业的应用来说,大部分也是围绕着设计和施工两个阶段展开。

规划设计阶段快速提升沟通效率

规划设计阶段应用的核心目标是为了实现更加清晰的设计表达,提高沟通效率,从顶层节约成本。目前常用的是通过无人机倾斜摄影,得到基础场景模型,再利用BIM构建不同选线方案进行呈现和对比,辅助快速决策。另一方面,随着国产软件不断发力,国内的正向设计,特别是公路正向设计也得到了不断的发展。

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实景数字孪生

施工阶段的信息化管理是关键

在施工阶段的应用,本质目的还是为了实现施工阶段的成本、进度、质量安全的管理,也为施工信息化管理提供了抓手,这个阶段的应用则更多,比如施工场地布置、算量、进度管理、安全管理、监理等。

养护阶段是今后应用的重点

养护阶段是工程生命周期中最长的阶段,但也是目前应用最薄弱的阶段。虽然这其中的原因有多种,但不得不说,管养阶段才是基础设施数字化的重点。而BIM在养护阶段的价值主要体现在数据传递、信息集成、基础设施动态演化,以及在动态演化基础上的预测和辅助决策。从未来的发展来看,管养阶段会是BIM应用的蓝海。

运营阶段需结合多种新技术

运营阶段往往需要和外场的IoT监控设施共同管理,所以BIM+IoT的设施运维也是应用的主要方向。通常需要结合健康监测系统,对一些重要的交通基础设施、环境感知、状态检测、交通保畅、设施管理和应急响应等不同业务进行支撑和应用。

从技术演进的角度来说,“BIM+”将逐渐成为主流。例如,BIM+GIS的多维数据集成,满足多源数据的汇聚融合需求。BIM+VR的设计感知和施工安全模训,BIM+VR的价值在于有助于打通基础设施与人的感知,来支持以人为本的设计感知和工程的相关信息。还有BIM+交通仿真,它的目的是打通基础设施和交通运行,联通“人车路环境”,将建模的底层软件和仿真软件的底层数据打通,实现更快的数据衔接和互通。

整体来说,从BIM建模到BIM应用,再到BIM平台的研发,交通工程BIM运用和实践近年来不断深化,而且在市场的驱动下,目前这些应用已经越来越注重实效,这也有助于BIM应用的发展。
交的
参考BIM演进的技术路线图,BIM的演进可以划分成五个等级:传统的BIM、BIM+仿真、BIM+IoT的外场感知、BIM+AI、数字孪生。最终的目标是形成虚实之间的双向映射、控制反馈、优化交互的持续迭代。

目前BIM应用大部分还处于BIM+仿真、BIM+IoT的外场感知这两个阶段。BIM和数字孪生的区别,其核心在于自动化的数据流传输和信息回传。数字孪生本身的效果特征,是状态感知、实时分析、辅助决策和精准执行,这跟之前提到的“四精”其实有很多的相似性,这也是为什么数字孪生能够有助于更好地实现“四精”效果特征的原因。

数字孪生的本质是以数字化的方式创建物理对象虚拟实体,借助数据、模型进行模拟验证,以及预测、控制物理实体等技术手段,为零成本的试错提供了可能。


在数字孪生的体系架构中,比较经典的是五维结构模型,包括真实场景、虚拟模型、孪生数据、服务系统和相互之间的连接。数字孪生应用的领域也相当广泛,包括工业制造、能源、航空航天、智慧城市等,在雄安的建设规划中也明确提出要同步建设数字孪生城市。

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基于BIM的施工场地布置效果

交通领域的数字孪生不断发展,在新基建加速布局背景下,使得交通系统具备了“一切可连接、一切被连接”的能力,“人-车-路-环境”的四要素从物理世界迁移到数字世界。在虚实双向动态的交互中,交通数据将会得到极大的丰富,智慧交通在转型升级中的“数字化、网络化、智能化”才能得以真正的落地。数字孪生在虚拟空间再现了真实交通运行场景,为加快交通基础设施数字化转型升级提供了新的思路。

简单介绍几个案例。例如,隧道远程运维的数字孪生应用,它的目的是为了做缺陷检测、事件预测、环境管理、安全管理以及交通管理;数字孪生应用于无人驾驶系统测试,用数字孪生技术开展无人驾驶系统测试也是未来应用的一个主要方向;车路协同-车辆编组并道的数字孪生应用、智能运载车辆虚拟测试的场景应用等,在很多方面已经进行了不同程度的尝试。

笔者团队也正在探索和实践,利用BIM构建三维场景下的基础模型,把多源、零散、高清的离散监控视频,实时的融合到三维场景中,再接入外场的IoT监控数据,基于业务逻辑选择相应的AI算法,支持实景数字孪生构建,最终形成高度还原的数字孪生场景。这样做有两个优点:第一,解决了传统监控视频碎片化的问题;第二,用高清的视频取代了具有复杂细节的对象建模。这一方案可以应用于桥梁的自动巡检和运维上,通过构建桥梁的BIM模型,把监控相机数据实时融合到三维场景里,实现桥梁的智慧运维。同样,也可以将这个方案运用到隧道场景中,通过构建隧道基础模型,融合多角度拍摄、覆盖隧道全场景的监控视频,再接入物联传感设施,就可以形成符合认知视角的数字孪生场景。在内河航道应用中,利用无人机倾斜摄影得到航道的基础三维模型,再用BIM构建重要通航建筑物的轻量化模型,将两种模型相融合,再嵌入多路零散监控视频,形成内河航道的数字孪生场景。在这个场景里面,可以进一步结合智慧卡口系统,接入AIS数据,实时进行二、三维联动的非现场执法和智慧运维。

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公路工程BIM电子沙盘

交通强国建设对交通基础设施数字化提出了更高要求,而BIM技术是实现数字化的关键技术之一,数字孪生的出现为BIM技术的进一步发展提供了新的思路,有助于更好地实现交通基础设施的精准感知、精确分析、精细管理和精心服务的能力提升。就数字孪生而言,还需要在交通强国视域下,对数字孪生相关基础理论和实施路径展开细致的研究,以及在实效目标的驱动下开展广泛的试点实践和评估。

来源:桥梁杂志  作者:伍朝辉  

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