Цифровые двойники мостов: революция в обслуживании

Япония сталкивается с острой проблемой старения инфраструктуры. В сфере обслуживания мостов особенно остро ощущается недостаток эффективной связи между практическим опытом инженеров и огромными объемами цифровых данных.

Учитывая, что большое количество мостов было построено в период бурного экономического роста и одновременно приходит в негодность, обширные данные инспекций и истории ремонтов долгое время управлялись разрозненно, используя бумажные журналы или ведомственные системы. Это приводило к недостаточному объединению опыта квалифицированных инженеров и цифровых данных.

Интеграция цифровых данных и экспертизы

Для решения этой проблемы крайне важно использовать передовые цифровые технологии и создать более безопасную и устойчивую систему управления инфраструктурой. В рамках программы стратегических инновационных разработок (SIP) «Система управления умной инфраструктурой» команда исследователей из Японии под руководством профессора Рюичи Имаи из Университета Хосей разработала новый подход.

Их работа направлена на преодоление разрозненного и сложного управления 3D-геометрическими данными мостов и связанной с ними информацией об обслуживании, такой как результаты инспекций и история ремонтов. Новые результаты опубликованы в журнале Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering.

Исследование представляет собой инновационную интегрированную модель данных, которая объединяет два международных стандарта: IFC (Industry Foundation Classes) для строительства и информационного моделирования зданий (BIM), и CityGML для геопространственной информации. Полученная система обеспечивает унифицированное управление данными из единого источника, охватывающее как 3D-геометрические данные, так и информацию об обслуживании (например, результаты инспекций и историю ремонтов). Ожидается, что эта интеграция значительно упростит и улучшит рабочие процессы обслуживания, включая инспекцию, диагностику и планирование ремонтов для стареющих мостов.

«Наша работа позволит менеджерам инфраструктуры, в частности местным органам власти, точно определять места повреждений, выявленных в ходе инспекций, и прошлые истории ремонтов многочисленных мостов, находящихся в их ведении, — всё это будет визуализировано на 3D-моделях», — отметил профессор Имаи. — «Например, они смогут мгновенно проверить информацию — находясь ли на месте или в офисе — типа: «Находится ли это повреждение в том же месте, которое ремонтировалось пять лет назад?» Это позволит им принимать точные, основанные на данных решения о приоритетах ремонта и наиболее подходящих методах. Ожидается, что это приведет к повышению безопасности и долговечности инфраструктуры, а также к эффективному использованию государственных средств».

Будущее воздействие и социальные выгоды

В течение следующих пяти-десяти лет команда ожидает, что интегрированная модель данных, основанная на их исследовании, будет широко принята местными органами власти по всей стране в качестве стандарта. Это приведет к созданию цифровых двойников социальной инфраструктуры, начиная с мостов.

На этих цифровых двойниках станут возможны симуляции прогнозирования износа на основе искусственного интеллекта. Это ускорит переход от реактивного обслуживания, то есть устранения поломок после их возникновения, к предиктивному обслуживанию, то есть ремонту в оптимальное время до наступления отказа. Это поможет предотвратить критические аварии, такие как обрушение мостов, и продлить срок службы инфраструктуры, способствуя созданию более безопасного и устойчивого общества.

Кроме того, во время стихийных бедствий эта система позволит немедленно оценивать проходимость мостов, поддерживая оперативное проведение эвакуации и восстановительных работ.

«По сути, наша технология, направленная на объединение опыта, полученного в полевых условиях, с цифровыми данными и реализацию будущего обслуживания, при котором инфраструктура совместно отслеживается сообществами, может проложить путь к обществу, где будущие поколения смогут жить более безопасно», — заключает профессор Имаи.