基于BIM的高速公路信息化養(yǎng)護管理

李德鳴

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

高速公路是承載社會經(jīng)濟發(fā)展的大動脈，其運行安全性關(guān)乎百姓的出行安全及社會的安定和諧，因此，高速公路的養(yǎng)護管理工作至關(guān)重要。隨著近幾年我國建設(shè)發(fā)展速度的不斷加快，人們對其養(yǎng)護管理的質(zhì)量和水平也提出更高要求。在現(xiàn)代信息技術(shù)普及應(yīng)用的背景下，將BIM 技術(shù)應(yīng)用到高速公路養(yǎng)護管理中，推動相關(guān)工作信息化、智能化發(fā)展，已成為當(dāng)下高速公路養(yǎng)護管理創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。

因此，了解高速公路養(yǎng)護管理的現(xiàn)狀，明確BIM技術(shù)融合應(yīng)用的必要性與可行性，并對基于BIM 的高速公路信息化養(yǎng)護管理模式進行分析探討是非常必要的，對全面提升高速公路養(yǎng)護管理水平具有積極的現(xiàn)實意義。

1 高速公路養(yǎng)護管理現(xiàn)狀

1.1 高速公路養(yǎng)護管理特點

現(xiàn)階段我國高速公路養(yǎng)護管理工作主要有以下幾個特點：

一是養(yǎng)護管理工作體量大，且總體的養(yǎng)護管理工作量及養(yǎng)護管理成本呈逐年遞增趨勢，使得養(yǎng)護管理的工作難度不斷增加。如何進一步優(yōu)化養(yǎng)護管理決策體系，實現(xiàn)養(yǎng)護管理工作提質(zhì)增效，全面提升養(yǎng)護管理資源的利用率，已成為亟須解決的問題。

二是日常養(yǎng)護管理工作主要集中在壞舊道路設(shè)施更換、路面病害修補處理等方面，仍屬于消極防御型養(yǎng)護，養(yǎng)護管理工作相對被動，缺乏主動預(yù)判和消除問題隱患的意識和能力。對于路面病害狀況的評估和養(yǎng)護，在管理決策的制定上仍以“經(jīng)驗法”為主，評估的準(zhǔn)確性和決策的科學(xué)性受養(yǎng)護管理人員專業(yè)素養(yǎng)、主觀意識及工作經(jīng)驗的影響較大，難以保證養(yǎng)護管理的質(zhì)量和效率。

三是養(yǎng)護信息的管理模式相對落后。養(yǎng)護管理過程中，信息的記錄和傳遞多采用二維圖紙、養(yǎng)護管理記錄等紙質(zhì)資料的形式，不僅容易丟失、損壞，而且信息的傳遞效率較低。

同時，由于缺乏統(tǒng)一的養(yǎng)護管理協(xié)同工作平臺，各部門多為獨立運作，部門間的溝通交流較少，存在較為明顯的“信息孤島”現(xiàn)象，從而影響?zhàn)B護管理工作的時效性[1]。

1.2 BIM 技術(shù)在高速公路養(yǎng)護管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著技術(shù)完善性和成熟度的不斷提升，BIM 技術(shù)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。從現(xiàn)階段實際情況來看，國內(nèi)對于BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要集中在房建工程領(lǐng)域，而公路行業(yè)對于BIM 技術(shù)的應(yīng)用多集中在公路橋梁的設(shè)計和施工階段，在運維階段則少有應(yīng)用。目前，僅有北京、上海、江蘇、浙江等地區(qū)的一些重要高速公路養(yǎng)護工程項目中進行了BIM 技術(shù)的示范性融合應(yīng)用?？梢?，現(xiàn)階段我國高速公路養(yǎng)護管理部門（單位）對于BIM技術(shù)在養(yǎng)護中的應(yīng)用價值的認(rèn)知還有待提高，需要系統(tǒng)性、深入性的研究。

根據(jù)權(quán)威部門對現(xiàn)階段高速公路養(yǎng)護管理中BIM技術(shù)應(yīng)用情況的調(diào)研分析可以看出，養(yǎng)護管理單位對于BIM 技術(shù)的應(yīng)用還主要集中在道路檢測、3D 可視化功能應(yīng)用、模型構(gòu)建等方面，而基于BIM 技術(shù)進行高速公路養(yǎng)護信息一體化管理平臺構(gòu)建、養(yǎng)護決策智能化分析、養(yǎng)護管理效果智能化評估、應(yīng)急管理預(yù)案模擬分析則比較少見。

由此可見，目前BIM 技術(shù)在我國高速公路養(yǎng)護行業(yè)中的應(yīng)用深度和廣度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要進一步加強此方面的研究和實踐[2]。

2 BIM 在高速公路養(yǎng)護管理中的應(yīng)用必要性與可行性

2.1 必要性分析

養(yǎng)護管理期是高速公路全壽命周期中最長、最重要的階段。此階段的工作質(zhì)量對于高速公路的使用壽命和安全性具有決定性的影響，因此工作過程中需要最大限度地保證養(yǎng)護管理決策和措施的科學(xué)性。這就需要養(yǎng)護管理單位全面收集高速公路從規(guī)劃設(shè)計到施工建設(shè)再到竣工整個過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息，以此為科學(xué)制定養(yǎng)護管理決策和措施提供充分、可靠的資料依據(jù)。

通過在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用情況可以看出，BIM 技術(shù)的應(yīng)用能夠在項目建設(shè)過程中為設(shè)計、建設(shè)、施工等參建主體提供一個良好的數(shù)據(jù)信息傳遞、共享平臺，使各方數(shù)據(jù)資料得到統(tǒng)籌管理，從而有效保證項目資料的完整性和統(tǒng)一性。

由此可見，在高速公路設(shè)計、施工階段引入BIM技術(shù)并將其延伸應(yīng)用到養(yǎng)護管理階段是非常必要的，一方面能夠保證高速公路技術(shù)資料和數(shù)據(jù)信息獲取的全面性，另一方面可由建設(shè)階段構(gòu)建的BIM 模型直接轉(zhuǎn)化生成養(yǎng)護管理基礎(chǔ)模型，從而為養(yǎng)護管理決策和措施的科學(xué)制定提供強有力的支持，使高速公路的養(yǎng)護管理質(zhì)量和效率得到大幅度提升[3]。

2.2 可行性分析

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展及BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)的普及應(yīng)用，大幅度提升BIM 技術(shù)在高速公路養(yǎng)護管理中的應(yīng)用可行性，為二者的完美融合奠定堅實基礎(chǔ)。例如，在現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展方面，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、傳感器、5G 通信等信息技術(shù)的發(fā)展為BIM 技術(shù)在高速公路養(yǎng)護管理中的應(yīng)用提供有力技術(shù)支撐，基于上述信息技術(shù)，可通過車載掃描儀或無人機搭載檢測儀器的方式，對高速公路進行更高效的巡檢；可通過在關(guān)鍵節(jié)點或設(shè)施上安裝電子傳感器的方式進行數(shù)據(jù)信息的實時采集；可通過無線通信設(shè)備實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)信息的高速傳輸，從而為BIM 參數(shù)模型的構(gòu)建、管理決策的智能化分析等功能的實現(xiàn)提供支撐[4]。

3 基于BIM 技術(shù)的高速公路信息化養(yǎng)護管理模式

3.1 基于BIM 技術(shù)采集養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)信息采集是開展高速公路養(yǎng)護管理工作的首要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)信息采集的全面性、準(zhǔn)確性與及時性，對于養(yǎng)護管理工作的質(zhì)量和效率具有十分顯著的影響。傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理模式中，由于設(shè)備、技術(shù)、采集方式相對落后，使得數(shù)據(jù)信息采集的質(zhì)量和時效無法得到有效保障，從而影響高速公路的養(yǎng)護管理質(zhì)量。如今，通過BIM 技術(shù)的融合應(yīng)用，可有效解決上述問題，全面提升養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)的采集能力。

一是通過GPS、GIS、陀螺儀、高清數(shù)字?jǐn)z影攝像等信息技術(shù)的整合，構(gòu)建養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)移動采集終端，通過移動（車載或無人機載）激光全息掃描的方式，快速獲取高速公路的高精度激光點云數(shù)據(jù)以及高清數(shù)碼照片，以此實現(xiàn)養(yǎng)護管理現(xiàn)場地理空間數(shù)據(jù)信息及環(huán)境實景信息的快速采集，全面收集高速公路全線路況、沿線構(gòu)筑物及設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為養(yǎng)護管理工作的開展奠定良好基礎(chǔ)。

二是基于無線通信技術(shù)，將前端采集的數(shù)據(jù)信息實時回傳至BIM 平臺中，以此實現(xiàn)高速公路三維地理空間參數(shù)信息、實景信息與BIM 內(nèi)部資料信息的整合，形成完整、詳細(xì)的養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)信息庫。與此同時，利用車載Li-DAR 設(shè)備、高清影像采集設(shè)備、慣導(dǎo)設(shè)備對公路路面信息進行系統(tǒng)采集，并整合到養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)信息庫中。

養(yǎng)護管理過程中，利用計算機技術(shù)對上述數(shù)據(jù)信息庫中的各類數(shù)據(jù)信息進行計算分析，便可得到養(yǎng)護區(qū)域路面平整度（IRI）、車轍深度指數(shù)（RDI）等路況信息數(shù)據(jù)和參數(shù)指標(biāo)，將計算結(jié)果與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進行比對，便可準(zhǔn)確識別路面病害問題、評估路面安全性，從而為路面養(yǎng)護管理工作的開展提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 基于BIM 技術(shù)構(gòu)建養(yǎng)護管理模型

基于BIM 技術(shù)構(gòu)建立體化的養(yǎng)護管理模型，可幫助養(yǎng)護管理單位更加直觀地了解高速公路現(xiàn)狀，更加快捷地確定病害位置、制訂養(yǎng)護管理方案。

一是在養(yǎng)護管理階段應(yīng)用BIM 技術(shù)，可直接對公路設(shè)計、施工階段構(gòu)建的BIM 三維建筑模型進行轉(zhuǎn)化，獲得包含公路結(jié)構(gòu)劃分、平面、縱橫面、構(gòu)造物、交通附屬設(shè)施等眾多建設(shè)參數(shù)信息的養(yǎng)護管理模型，通過系統(tǒng)操作，養(yǎng)護管理人員便可完成高速公路各項屬性信息的可視化查詢，從而為養(yǎng)護管理工作的高效化開展奠定良好基礎(chǔ)。

二是養(yǎng)護管理過程中，工作人員可將BIM 養(yǎng)護管理可視化模型與養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)信息庫相關(guān)聯(lián)。此時，養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)移動采集終端獲取的道路數(shù)據(jù)信息會實時更新到BIM 模型中，養(yǎng)護人員通過操作BIM 模型，便可實現(xiàn)病害的全方位查找分析，在基礎(chǔ)上再結(jié)合BIM 模型提供的詳細(xì)參數(shù)信息，快速完成病害評估和養(yǎng)護方案制定。

3.3 基于BIM 技術(shù)進行日常巡檢監(jiān)測

日常巡檢監(jiān)測是高速公路養(yǎng)護管理工作的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理模式下，日常巡檢監(jiān)測工作普遍存在工作強度大、效率低、識別能力不足的問題，無法充分發(fā)揮此項工作的作用，影響高速公路養(yǎng)護管理效果。而BIM 技術(shù)的應(yīng)用則可顯著提升日常巡檢監(jiān)測工作的質(zhì)量和效率。

一是養(yǎng)護人員在巡檢過程中，可隨時利用移動終端設(shè)備調(diào)取、查看BIM 養(yǎng)護管理模型，了解當(dāng)前路段的道路結(jié)構(gòu)信息和養(yǎng)護維修歷史記錄，從而明確巡檢監(jiān)測的重點，使工作更具針對性和實效性。

二是巡檢過程中，養(yǎng)護人員可利用移動終端設(shè)備對現(xiàn)場信息、病害信息進行采集，并及時上傳至信息化養(yǎng)護管理平臺。后方技術(shù)人員在收到前端信息后，可調(diào)取對應(yīng)的BIM 模型對病害位置、類型、嚴(yán)重程度進行科學(xué)分析，同時，將前端采集數(shù)據(jù)與BIM 養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)參數(shù)進行對比，以此對病害形成更準(zhǔn)確的判斷，制訂出更合理的養(yǎng)護維修方案。而前端巡檢人員此時可通過移動終端設(shè)備獲取后方提供的養(yǎng)護維修方案，并結(jié)合BIM 模型明確工作細(xì)節(jié)和要點，從而提升巡檢養(yǎng)護工作的效率和質(zhì)量。

三是高速公路建設(shè)過程中，可在重要結(jié)構(gòu)、節(jié)點、設(shè)備、構(gòu)筑物中安裝電子傳感器，利用傳感器對特定參數(shù)指標(biāo)進行實時的采集監(jiān)測。同時，利用GIS 技術(shù)獲取每個傳感器的位置坐標(biāo)，利用IoT 技術(shù)將傳感器對BIM 平臺連接，使每個傳感器的位置坐標(biāo)同步到BIM 養(yǎng)護管理模型中。此時，若某個傳感器的監(jiān)測數(shù)值超出標(biāo)準(zhǔn)限值（即存在故障風(fēng)險或安全風(fēng)險），BIM模型中該傳感器所在位置（坐標(biāo)點）便會出現(xiàn)提示信息。養(yǎng)護管理人員可根據(jù)信息快速到達(dá)故障現(xiàn)場進行檢查、維修，從而大大提升養(yǎng)護管理的效率[5]。

3.4 基于BIM 技術(shù)開展養(yǎng)護決策分析

養(yǎng)護管理決策的科學(xué)性，是影響高速公路養(yǎng)護管理效率、質(zhì)量、成本的重要因素。傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理模式中，人們在制定養(yǎng)護管理決策時，更多地依賴于養(yǎng)護人員的專業(yè)能力和工作經(jīng)驗，存在較為明顯的主觀因素干擾。而基于BIM 技術(shù)開發(fā)的道路養(yǎng)護決策系統(tǒng)的應(yīng)用，則可有效減少人為因素、主觀因素對養(yǎng)護管理決策的干擾，最大限度地保證高速公路養(yǎng)護管理決策的科學(xué)性。

該系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面：

一是系統(tǒng)中設(shè)立不同評價單元的損壞狀況批量導(dǎo)入功能，該功能與BIM 養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫相連接，可根據(jù)使用者需求，從BIM 養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫中提取采集、儲存的病害數(shù)據(jù)信息，然后利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)，結(jié)合《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 5210—2018）中的標(biāo)準(zhǔn)，智能分析、計算公路當(dāng)前的技術(shù)狀況分值，并提供病害評估、修正參考等功能，幫助養(yǎng)護技術(shù)人員做出最合理的養(yǎng)護管理決策。

二是該系統(tǒng)能夠根據(jù)高速公路年度養(yǎng)護管理資金預(yù)算，依據(jù)經(jīng)濟效益最大化的原則，通過凈現(xiàn)值、線性規(guī)劃法、收益率等經(jīng)濟分析方法，智能編制出養(yǎng)護管理資金利用率最高的養(yǎng)護資金分配方案，并基于該方案和養(yǎng)護人員設(shè)定的養(yǎng)護決策編制規(guī)則，自動生成與之配套的養(yǎng)護工程計劃、維修預(yù)算計劃等。相較于傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理決策編制方式，上述以BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能為技術(shù)支撐的現(xiàn)代化編制方式，不僅效率更高，而且決策內(nèi)容均是基于大量可靠數(shù)據(jù)的分析計算所形成的，更具有科學(xué)性。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展和普及應(yīng)用，BIM 技術(shù)在高速公路養(yǎng)護管理中的融合應(yīng)用，已成為高速公路養(yǎng)護管理工作現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。在此背景下，養(yǎng)護管理單位應(yīng)深刻認(rèn)識BIM 技術(shù)在高速公路養(yǎng)護管理中的應(yīng)用必要性和可行性，掌握基于BIM 技術(shù)進行養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)采集、養(yǎng)護管理模型構(gòu)建、日常巡檢監(jiān)測、養(yǎng)護決策分析制定的方法，充分利用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，提升高速公路養(yǎng)護管理的質(zhì)量和水平。