重要交通枢纽焕然一新

罗伯特街大桥位于明尼苏达州圣保罗市，外观呈彩虹样拱形，近100年来一直是圣保罗市的标志性建筑。这座八跨钢筋混凝土拱桥已收录到《美国国家历史遗迹名录》中，是车辆和行人交通的重要枢纽。它的跨度为1429英尺，横跨密西西比河、两条铁路和一条本地公路。Collins Engineers无人机系统、人工智能和实景建模副总裁Barritt Lovelace表示：“这是车辆和行人穿越密西西比河的重要交通枢纽。”

该桥梁虽然在1989年曾进行过修缮，但其状况仍在不断恶化。为了确保这座历史悠久的桥梁能够再使用50年，明尼苏达州交通部计划进行一次重大翻修，以确保圣保罗这座具有悠久历史的桥梁在未来仍然可以使用，同时利用建模技术的进步，使其成为桥梁施工行业的标杆。Lovelace表示：“这是自1971年美国开始对桥梁进行正式检查以来，在桥梁检查方面取得的最大技术飞跃。”明尼苏达州交通部与Collins Engineers签订合同，负责在Michael Baker International, Inc.项目团队对罗伯特街大桥进行重大整修之前对其进行检查。

挑战传统工作流

Collins Engineers在这个修复项目上有三个主要目标。首先是确保他们收集到桥梁状况相关的详细信息，这些数据将通过检查和测试桥梁材料来收集。第二个目标是根据状况信息计算桥梁的额定荷载，以确定其当前的承载力。最后，项目团队需要制定桥梁管理计划，分析桥梁的使用寿命，以为未来的修复工作提供依据。

为了实现所有这些目标，Collins Engineers的检查团队改进了传统方法，比如手动测量裂缝和剥落，或在进行关键评估时依靠铅笔绘制的草图、笔记和照片。Lovelace表示：“这个项目的主要挑战在于，要为如此庞大又具有如此多缺陷的结构高效、准确地收集详细检查信息，会非常困难。使用传统的检查数据收集方法非常繁琐且代价高昂，因此我们的团队必须找到创新的方法，不仅要提高效率，还要为明尼苏达州交通部提供更高质量的交付成果。”

借助数字孪生实现更新的可视化

Collins Engineers首先使用无人机拍摄了57000多张大桥的图片，在发现其他解决方案无法满足项目需求后，他们选择了Bentley的iTwin Capture来处理无人机拍摄的图片，并与iTwin Experience结合使用，创建了桥梁的高精度数字孪生模型。这一功能让项目的高级工程师可在亲自前往现场之前就对桥梁进行预检查、研究其状况并记录缺陷。Lovelace表示：“我们团队的方法取得的最大突破之一，就是在实地工作开始之前使用数字孪生模型在办公室对桥梁进行预先检查。这种方法能让工程师验证缺陷，而不是只在现场记录详细信息。”

到达现场后，工程师就可以在联网的平板电脑上参考三维数字副本，以验证预先检查的数据，并在模型上标注其他新发现。项目团队在考察桥梁之前，就能收集到至少70%的项目总检查信息。Lovelace表示：“我们仍然信赖检查人员和他们的经验，但我们的做法已经由在现场发现大部分缺陷转变为仅验证这些缺陷是否存在，以及预先检查的信息和人工智能是否正确发现了缺陷。”

这些数字化创新还帮助工程团队缓解了整个桥梁行业劳动力短缺的问题。Lovelace表示：“随着众多美国桥梁和其他基础设施的使用寿命超过50年大关，又没有足够的新的工程师加入，行业对熟练工程师快速增长的需求已经无法满足。美国基础设施正需要通过维修实现更新换代。”

利用数字化交付方法不仅给工程团队带来了效益，同样还给罗伯特街大桥修复工程的其他合作伙伴带来了效益。检查和测试数据可以纳入数字孪生模型，并在项目协作方（包括设计和施工团队）之间共享，为检查团队的工作提供了无缝的双重检验方法。按照传统的做法，要对检查员的工作进行核实并确认是否有被忽视的桥梁缺陷，唯一的办法就是委托另一个独立检查员重新检查。但是，通过使用数字孪生模型来整理和显示数据，从一开始就能在内部构建另外一层责任制。Lovelace表示：“出错的机会减少了，我们就降低了风险，不仅是降低了我们自己的风险，还降低了我们客户的风险。”

简化工作流，改进检查工作

Collins Engineers能够对桥梁进行预先检查并实施了数字化交付方法，从而将现场作业时间至少缩短了20%。这减少了道路关闭的情况和对通勤人员的干扰，也使工程师们能够腾出时间专注于项目的下一步关键工作：评估桥梁的承载力，制定桥梁管理计划，最后提交给项目设计师。Lovelace表示：“工程师们把时间花在决策上，而不只是用在收集数据上。”

通过向潜在承包商提供数字孪生模型，帮助其更详细地了解桥梁的结构状况，Collins Engineers有望帮助节省约20%的修复施工成本。这些成本的节省将有助于潜在承包商提交更准确的施工标书。Lovelace表示：“我估计，这种信息共享将为明尼苏达州交通部节省多达1500万美元，并将施工过程中使用的材料减少10%。”

人工智能有助于节约现场作业所需的时间和劳动力，从而弥补了现场可用工人数量的不足的问题，并节省了9万多美元。在未来的项目中，Lovelace还计划邀请经验丰富但无法前往指定现场的工程师开展在线咨询。鉴于这些优势，他预计数字化工作流将在未来成为他和同事们新的常规工作方式。他表示：“即使在客户没有明确要求我们这样做的情况下，我们也会主动提出这样的建议，因为我们知道，与传统方法相比，我们能以更低的成本为客户带来更高的效益。”在这个项目中，他们首次向客户交付了完全基于数字孪生模型的交付成果。Collins Engineers利用Bentley技术彻底改变了他们的工作流，并对这座历史悠久的大桥完成了创新性的翻新设计。