BIM技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用★

魏天云

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 福州 350007)

在市政道路施工過程中，要保證施工安全和工程質(zhì)量，提高工程效益，需要采取有效措施，強(qiáng)化施工過程管理，有必要引入信息化管理技術(shù)[1]。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為工程項(xiàng)目建設(shè)管理提供了支持，它在工程質(zhì)量管理、安全和成本控制、事故的提早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防等方面顯示了強(qiáng)大的功能，在市政道路施工項(xiàng)目中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 BIM技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢

1)項(xiàng)目可視化。BIM具有將2D轉(zhuǎn)換成3D的功能，克服了2D平面圖無法呈現(xiàn)空間幾何關(guān)系與實(shí)際情況的問題，3D具有形象直觀“所見即所得”的特點(diǎn)。應(yīng)用BIM技術(shù)可視化的功能，可以開展碰撞檢查，即空間結(jié)構(gòu)關(guān)系是否存在干涉；開展動(dòng)態(tài)模擬仿真和視覺分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。采用BIM技術(shù)之后，各方之間的溝通無需進(jìn)行空間想象，減少了偏差，使溝通更加全面準(zhǔn)確，顯著提高溝通效率[2]。

2)檢查設(shè)計(jì)圖。利用BIM技術(shù)，可以進(jìn)行施工圖的重新建模和分析，有助于發(fā)現(xiàn)路基、鋼筋、隧道、橋梁、涵洞等在設(shè)計(jì)中的缺漏。憑借該平臺，可以有效控制施工風(fēng)險(xiǎn)并降低管理成本。

3)掌握進(jìn)度條。BIM模型具有顯示進(jìn)度的功能，通過在模型中設(shè)定完工和未完工的色差，可以簡單明了地顯示項(xiàng)目的進(jìn)展情況。

4)施工可模擬。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以對施工組織設(shè)計(jì)的工序以及工藝進(jìn)行模擬，并具有模擬施工現(xiàn)場安全的功能，可以提前發(fā)現(xiàn)問題，采取有效的預(yù)防措施，保證施工質(zhì)量和安全。

5)復(fù)核工程量。通過建立BIM模型，能夠快速有效地校核工程量，為工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和竣工驗(yàn)收預(yù)決算提供決策依據(jù)。

6)數(shù)據(jù)可集成。工程項(xiàng)目的有關(guān)數(shù)據(jù)可以全部集成到BIM模型中，充分利用各方面的信息，保證各個(gè)環(huán)節(jié)的信息暢通，有助于進(jìn)行協(xié)同管理。

2 三維數(shù)字捕捉技術(shù)的應(yīng)用

以三維數(shù)字技術(shù)為特點(diǎn)的BIM技術(shù)，能夠根據(jù)實(shí)際情況將設(shè)計(jì)與施工各階段的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面集成。它具有模擬性、可視化、協(xié)調(diào)性等方面的特點(diǎn)，在市政道路設(shè)計(jì)與施工中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，應(yīng)用它的這些特點(diǎn)，通過建立市政道路的全景三維模型，可以為市政道路的病害提供基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，為決策者提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

近年來，隨著三維數(shù)據(jù)技術(shù)和測繪技術(shù)的快速發(fā)展，三維掃描技術(shù)和攝影測量技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)用越來越廣泛。三維掃描技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對空間數(shù)據(jù)的采集，針對目標(biāo)物體采用三維掃描，能夠快速提取物體的表面坐標(biāo)和相關(guān)信息，這些可以為道路的養(yǎng)護(hù)人員提供準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)的微觀變化并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。攝影測量技術(shù)主要是應(yīng)用光學(xué)攝影獲取物體的相關(guān)信息，對物體的位置、形狀以及大小等方面做出精確判斷，為道路養(yǎng)護(hù)人員提供精準(zhǔn)的信息，比傳統(tǒng)的人工測量方式，更加高效和準(zhǔn)確，因此得到了廣泛應(yīng)用[3]。據(jù)此，可以考慮將BIM技術(shù)與三維激光掃描和攝影測量技術(shù)聯(lián)合使用，發(fā)揮各自優(yōu)勢，比如信息采集效率高、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確、具有可視化以及易于數(shù)字化建檔，從而為市政道路養(yǎng)護(hù)以及道路病害檢測提供一套完整標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)流程。

3 瀝青公路水損害的影響與預(yù)防

在高等級瀝青公路的使用過程中，水損害是一個(gè)不可避免的現(xiàn)象。它是指水進(jìn)入瀝青路面的孔隙中，在熱脹冷縮以及交通動(dòng)載荷的作用下，路面孔隙水的動(dòng)壓力會(huì)將水分帶入瀝青和集料的交界處，或者真空導(dǎo)致的負(fù)壓抽吸作用，導(dǎo)致瀝青膜與集料分離開來，降低混合料之間的黏結(jié)力，危害瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)產(chǎn)生不可忽視的松散、麻面等病害[4-5]。

對于多雨地區(qū)的高等級公路瀝青路面，在開通不長時(shí)間，雨水滲入瀝青面層，并在重卡和高速行駛車輛的雙重作用下，會(huì)出現(xiàn)各種水損壞現(xiàn)象，破壞性大，是導(dǎo)致高等級瀝青路面發(fā)生損壞的重要原因。多雨地區(qū)的高等級公路瀝青路面發(fā)生水損壞大致有如下特點(diǎn)：超車道上破壞較少，主要發(fā)生在行車道，這可能與重載以及超速有關(guān)；發(fā)生破壞時(shí)，一般先發(fā)生冒白漿，然后產(chǎn)生一些坑槽等，這種破壞在雨季較為多見；水損壞嚴(yán)重的地方主要在滲水嚴(yán)重且不易排水的位置；水損壞一般發(fā)生在局部路段，表明瀝青混合料的均勻度是一個(gè)重要影響因素。

市政道路的智能養(yǎng)護(hù)可以基于BIM模型和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立道路的全生命周期信息管理數(shù)據(jù)平臺，對項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工過程進(jìn)行監(jiān)控，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，掌控道路運(yùn)營過程的狀況，對道路的損壞進(jìn)行提前預(yù)測并采取相應(yīng)措施。對于道路的損壞部位，結(jié)合BIM模型和相關(guān)數(shù)據(jù)，從材料、工藝以及施工技術(shù)方面開展養(yǎng)護(hù)修復(fù)，減少病害的發(fā)展和發(fā)生，保障道路設(shè)施的質(zhì)量與運(yùn)營。

目前道路智能化檢測應(yīng)用于道路的病害的識別和檢測，一方面是利用路面綜合檢測車以及激光平整度儀等獲取路面的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，判斷路面的狀況；另一方面，應(yīng)用計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，引入大數(shù)據(jù)和云平臺，可以有效提高道路的檢測水平，為公路的病害檢測與識別提供技術(shù)保障[6]。

傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方案主要基于理論分析，需要查閱大量的記錄資料，工序繁雜，科學(xué)性和效率不高。而將BIM技術(shù)嵌入到道路養(yǎng)護(hù)中，從道路的設(shè)計(jì)、材料和施工等方面建立全生命周期數(shù)據(jù)，可以為后續(xù)病害的預(yù)測和數(shù)據(jù)查找提供快速準(zhǔn)確的信息，可實(shí)現(xiàn)公路狀況的提前預(yù)測與分析，可視性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確地確定病害位置。同時(shí)BIM模型可以導(dǎo)入調(diào)查數(shù)據(jù)，不斷更新和修正系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)逐步完善。

4 市政道路施工中 BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用

根據(jù)BIM技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在市政道路施工過程已經(jīng)開展廣泛的研究和應(yīng)用，并且收到了很好的效果，越來越受到企業(yè)的青睞。

4.1 典型的施工管理

某市政道路工程項(xiàng)目，主要由道路工程、地下通道、景觀綠化工程以及配套工程等構(gòu)成，包括城市主次干道和U型通道等。針對該工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，構(gòu)建了BIM施工工藝模型、通道工藝模型以及路基填筑工藝模型等，以施工工期和施工質(zhì)量以及安全作為主要衡量指標(biāo)，對所建的BIM模型進(jìn)行模擬仿真并實(shí)時(shí)調(diào)整，保證工藝、機(jī)械、環(huán)境以及人員等各方面得到最佳匹配。利用BIM技術(shù)，優(yōu)化管道施工流程、通道工藝流程、路基填筑工藝流程，將人、機(jī)、料、法、環(huán)有機(jī)聯(lián)合起來作為一個(gè)整體考慮，做出合理的規(guī)劃，為技術(shù)人員和管理人員提供可視化管理，為現(xiàn)場管理提供有效的技術(shù)支持。通過BIM技術(shù)有效地解決了地上和地下交叉施工的排序問題，緩解了施工過程對交通造成的擁堵問題，降低了施工過程對城市居民的影響，因此，BIM技術(shù)得到廣泛的重視和應(yīng)用。

4.2 瀝青面層施工信息管理

以往市政道路瀝青面層施工過程的信息采集主要通過人工檢測與記錄，信息化程度低，導(dǎo)致施工技術(shù)人員無法全面了解各類數(shù)據(jù)，同時(shí)各類數(shù)據(jù)之間難以形成整體，數(shù)據(jù)的查找與分析較為繁瑣，增加了施工過程的管理成本。由于數(shù)據(jù)之間的孤立性，很難建立路面施工位置與控制指標(biāo)之間的關(guān)系，且數(shù)據(jù)的溯源功能難以全面發(fā)揮，對施工過程的管理造成一定的影響。針對以上問題，可以考慮采用BIM技術(shù)來解決，首先建立施工信息模型，該模型主要包括瀝青混合料拌和過程的油石比和級配、碾壓層厚度以及初始壓實(shí)溫度等工藝參數(shù)[7]，并且參考相關(guān)的工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此預(yù)估瀝青混合料層疲勞壽命、空隙率以及車轍試驗(yàn)永久變形等。該模型以路面使用性能作為主要衡量指標(biāo)，可以為市政道路的施工過程管理提供技術(shù)支持，同時(shí)也可以為市政道路的后續(xù)養(yǎng)護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，保證數(shù)據(jù)的整體性和一致性，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的溯源功能。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)自身具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢，在市政道路施工過程管理中發(fā)揮了重要作用，為工程技術(shù)人員提供了可視化管理，控制施工成本，確保施工安全，有效地提高了工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，顯示出BIM技術(shù)極大的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，建立基于BIM模型的全壽命周期管理，可以為市政道路后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作提供數(shù)據(jù)溯源和維護(hù)決策依據(jù)。