基于BIM+GIS技術(shù)的公路養(yǎng)護(hù)管理模式研究

張慶偉，李國平

（1.濟(jì)寧市公路管理局泗水公路局，山東濟(jì)寧 273200；2.濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250022）

0 引言

隨著我國大規(guī)模公路的建設(shè)，形成了遍布全國的公路交通網(wǎng)絡(luò)，公路的養(yǎng)護(hù)問題顯得愈發(fā)重要，公路養(yǎng)護(hù)管理工作所使用的人員、材料、機(jī)械等資源日益增多，因此亟須具有專業(yè)技術(shù)的公路管理部門對公路養(yǎng)護(hù)管理所形成的數(shù)據(jù)資料信息進(jìn)行規(guī)范化、科學(xué)化的管理[1]。

目前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，BIM+GIS技術(shù)可基于互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用。在公路養(yǎng)護(hù)管理中使用BIM建造信息模型（BuildingInformationModeling）和GIS地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem）等信息管理技術(shù)，引入云BIM和云GIS的概念，使公路養(yǎng)護(hù)管理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式發(fā)生改變，進(jìn)行三維化、動(dòng)態(tài)化管理，并對這些養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行智能化的分析應(yīng)用，并開發(fā)設(shè)計(jì)了基于BIM+GIS技術(shù)的公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)[2]。

在這樣的時(shí)代發(fā)展背景下，加強(qiáng)我國公路養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)的信息化應(yīng)用研究，可以進(jìn)一步促進(jìn)公路養(yǎng)護(hù)管理工作的信息化發(fā)展。

1 山東省公路養(yǎng)護(hù)管理的特點(diǎn)

山東省公路養(yǎng)護(hù)管理的特點(diǎn)是：全、多、雜。結(jié)合濟(jì)寧市泗水公路養(yǎng)護(hù)管理工作的實(shí)際情況進(jìn)行分析（見圖1）。

圖1 泗水公路信息化、智能化建設(shè)

全是指公路養(yǎng)護(hù)管理工作分為省、市、縣、鄉(xiāng)公路站四級管理，按照《山東省公路日常養(yǎng)護(hù)內(nèi)業(yè)資料管理辦法》的規(guī)定，養(yǎng)護(hù)內(nèi)業(yè)資料可分為內(nèi)業(yè)資料和上墻圖表兩大部分，內(nèi)業(yè)資料分為13種，上墻圖表分為8種，是對公路養(yǎng)護(hù)工作全面細(xì)致的反映。

多是指公路養(yǎng)護(hù)管理的內(nèi)容繁多，涉及公路養(yǎng)護(hù)工作的各個(gè)方面，是對公路養(yǎng)護(hù)實(shí)施情況的實(shí)際描述。

雜是指公路養(yǎng)護(hù)工作的各個(gè)方面相互交叉，關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，記錄上容易出現(xiàn)混淆。

加強(qiáng)公路養(yǎng)護(hù)管理工作是做好公路養(yǎng)護(hù)工作的關(guān)鍵一環(huán)。對所管養(yǎng)路段的養(yǎng)護(hù)工區(qū)地理位置、公路信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、橋涵隧道技術(shù)檔案、公路交通流量、公路病害觀測記錄、沿線設(shè)施類型以及養(yǎng)護(hù)資金利用、養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)備與物資管理、公路大中修工程資料、小修工程資料等存在的各類資料，按照規(guī)定要求分門別類地建立規(guī)范、系統(tǒng)的檔案資料，并配置必要的圖片和統(tǒng)計(jì)報(bào)表，可以一目了然地了解公路的養(yǎng)護(hù)管理的具體目標(biāo)，并對制訂科學(xué)、合理的養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃具有重要意義[3]。

2 公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)

2.1 公路養(yǎng)護(hù)管理的需求分析

公路養(yǎng)護(hù)實(shí)施過程中所提供的數(shù)據(jù)信息真實(shí)反映了公路的實(shí)際路況，準(zhǔn)確地刻畫了公路養(yǎng)護(hù)工作的具體開展情況。

公路養(yǎng)護(hù)管理主要是指在公路養(yǎng)護(hù)的具體開展過程中，對公路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)信息資料的收集整理、計(jì)算核對、開發(fā)利用等內(nèi)容，對這些數(shù)據(jù)信息資料的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化的管理，可以為以后公路養(yǎng)護(hù)管理工作的繼續(xù)開展提供參考[4]。

尤其是關(guān)于公路養(yǎng)護(hù)對策的信息數(shù)據(jù)，例如，舊路的改建計(jì)劃、日常維護(hù)措施、小修保養(yǎng)、大中修工程等養(yǎng)護(hù)管理措施，可以給以后的養(yǎng)護(hù)決策提供較大的參考價(jià)值。

2.2 公路養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)庫

2023年以來，泗水公路局在山東省交通廳和濟(jì)寧市公路事業(yè)發(fā)展中心的支持下，積極探索BIM+GIS技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)管理中的應(yīng)用，對泗水縣管養(yǎng)的106km的公路屬性數(shù)據(jù)，包括路基、路線、路面情況，以及40余座公路橋梁、沿線環(huán)境設(shè)施、交通流量、質(zhì)量管理等數(shù)據(jù)構(gòu)成，集成檔案資料、檢測數(shù)據(jù)、實(shí)景照片等資源，將線下設(shè)施映射到線上，共有子集50個(gè)、數(shù)據(jù)線450個(gè)，形成如圖2所示的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)[5]。

圖2 公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)由公路管養(yǎng)示意圖、養(yǎng)護(hù)單位基本情況表、養(yǎng)護(hù)工程進(jìn)度表、養(yǎng)護(hù)完成情況表、公路路況示意圖、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量評定表、交通流量統(tǒng)計(jì)表、公路技術(shù)狀況評定表、公路管養(yǎng)里程比例圖等各項(xiàng)內(nèi)容組成，這類數(shù)據(jù)資料能夠直觀、準(zhǔn)確地反映養(yǎng)護(hù)管理部門的基本情況和管養(yǎng)路段的公路養(yǎng)護(hù)工作的實(shí)際開展情況。

因此，重視公路養(yǎng)護(hù)管理的信息化技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建GIS信息編碼和BIM模型，對公路養(yǎng)護(hù)管理中的檢查、結(jié)構(gòu)、決策、評定、維護(hù)等信息進(jìn)行管理，對病害數(shù)據(jù)、技術(shù)評定、養(yǎng)護(hù)決策等進(jìn)行智慧化分析，實(shí)現(xiàn)對施工企業(yè)的規(guī)范化評價(jià)，對公路實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以可視化的方式表達(dá)各類養(yǎng)護(hù)信息，并以報(bào)告和報(bào)表的方式呈現(xiàn)給公路管理部門，可以大幅度提高公路養(yǎng)護(hù)管理的現(xiàn)代化水平[6]。

3 公路養(yǎng)護(hù)管理的BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)框架

公路養(yǎng)護(hù)管理通常按照計(jì)劃報(bào)表管理、公路養(yǎng)護(hù)管理、應(yīng)急保通管理、養(yǎng)護(hù)綜合管理、公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)五大橫向模塊進(jìn)行維護(hù)檢查，并接入相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)；縱向按照通知公告、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、平臺(tái)展示三大功能對公路養(yǎng)護(hù)工作的具體實(shí)施進(jìn)行分類管理，公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3 公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)圖

完成BIM養(yǎng)護(hù)信息平臺(tái)后，通過手機(jī)（BIM view）APP應(yīng)用軟件將公路養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)庫與BIM三維模型進(jìn)行銜接。在手機(jī)BIM客戶端登錄公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)，輸入公路工程的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，完成BIM公路養(yǎng)護(hù)管理信息平臺(tái)的維護(hù)，并在應(yīng)用BIM技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)對公路維護(hù)保養(yǎng)、計(jì)劃報(bào)表管理、應(yīng)急保通處置以及交通量調(diào)查、公路技術(shù)狀況評定、病害信息采集等功能的管理，形成公路養(yǎng)護(hù)管理的大數(shù)據(jù)[7]。

3.2 公路養(yǎng)護(hù)管理子系統(tǒng)模塊

公路養(yǎng)護(hù)管理五大子系統(tǒng)的具體管理內(nèi)容，如表1所示。公路養(yǎng)護(hù)管理是公路養(yǎng)護(hù)工作的具體體現(xiàn)，不同地區(qū)的公路養(yǎng)護(hù)的內(nèi)容和養(yǎng)護(hù)方式各具很大不同，按照省-市-縣-鄉(xiāng)公路站，實(shí)行四級管理制度，縣級單位是公路養(yǎng)護(hù)管理的基礎(chǔ)，一般實(shí)行縣局養(yǎng)護(hù)管理和公路站養(yǎng)護(hù)管理二級管理體制[8]，各個(gè)功能模塊的具體公路養(yǎng)護(hù)管理內(nèi)容如下所述。

表1 公路養(yǎng)護(hù)管理主要內(nèi)容

3.2.1 計(jì)劃報(bào)表管理模塊

公路養(yǎng)護(hù)管理工作的正常開展，首先是要科學(xué)制訂各類養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃。公路養(yǎng)護(hù)部門每年都要根據(jù)公路路況技術(shù)評定結(jié)果、公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用計(jì)劃等制訂全年的養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃，然后根據(jù)季節(jié)特點(diǎn)和實(shí)際路況質(zhì)量評定結(jié)果等條件準(zhǔn)確地編制每個(gè)季度的工作計(jì)劃、合理地安排月度計(jì)劃、旬工作計(jì)劃，采用現(xiàn)代化的養(yǎng)護(hù)技術(shù)，用最小的投資獲取最佳的養(yǎng)護(hù)效益。

公路養(yǎng)護(hù)工作報(bào)表，按照報(bào)送時(shí)間的不同分為年報(bào)、季報(bào)、月報(bào)和快報(bào)，按養(yǎng)護(hù)工作內(nèi)容的不同又可分為公路技術(shù)狀況評定報(bào)表、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用分析報(bào)告、公路養(yǎng)護(hù)月報(bào)表、公路水毀報(bào)表、應(yīng)急突發(fā)情況報(bào)表、交通流量調(diào)查報(bào)表、橋涵經(jīng)常性檢查報(bào)表等各類表格[9]。

3.2.2 公路養(yǎng)護(hù)管理模塊

BIM技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)中起到較為重要的作用，當(dāng)公路需要進(jìn)行日常維修施工時(shí)，巡查人員利用BIM技術(shù)對公路巡查情況進(jìn)行分析，將存在的問題通過BIM技術(shù)進(jìn)行上報(bào)、模擬，通過養(yǎng)護(hù)管理部門對施工企業(yè)下達(dá)維修通知單，并對公路養(yǎng)護(hù)所需的材料、機(jī)械、人員等施工技術(shù)進(jìn)行控制，確定最佳維修方案，最大限度地提高施工質(zhì)量。然后由驗(yàn)收人員將養(yǎng)護(hù)完成情況反饋到BIM管理模型中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，存放到公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)上，BIM技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)工作管理中的應(yīng)用情況，如圖4所示。

圖4 BIM技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)管理中的應(yīng)用

另外，通過在公路巡查車上安裝可視化智能探頭，巡查人員在公路巡查的過程中，發(fā)現(xiàn)存在的問題和安全隱患，BIM信息管理系統(tǒng)按照不同類型，下達(dá)督導(dǎo)巡查通知單給養(yǎng)護(hù)公司，如公路病害、現(xiàn)場安全隱患等信息及時(shí)傳遞給施工企業(yè)，按照問題發(fā)現(xiàn)、推送、處置、反饋等流程，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)管理部門和施工企業(yè)的協(xié)同處置，并將處理后的結(jié)果回傳BIM信息系統(tǒng)，形成公路養(yǎng)護(hù)管理的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)資料的智能化管理[10]。

同時(shí)，巡查人員還可以利用BIM技術(shù)建立自己的數(shù)據(jù)庫，公路巡查是公路養(yǎng)護(hù)工作的基礎(chǔ)，記錄了養(yǎng)護(hù)工作人員對路面、路基、橋涵、綠化和沿線設(shè)施等公路技術(shù)設(shè)施巡查情況及處理結(jié)果，包括巡查記錄、養(yǎng)護(hù)工作日志、巡查督導(dǎo)通知單、公路病害維修記錄等內(nèi)容，利用BIM技術(shù)建立的數(shù)據(jù)庫資料，實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)資料的相關(guān)性分析。

因此，養(yǎng)護(hù)管理部門通過公路養(yǎng)護(hù)BIM信息管理系統(tǒng)，隨時(shí)查閱公路病害修復(fù)、安全隱患處置等養(yǎng)護(hù)工作具體開展情況，保持道路養(yǎng)護(hù)信息數(shù)據(jù)的暢通，提高道路養(yǎng)護(hù)工作的信息化管理水平。

3.2.3 應(yīng)急保通管理模塊

公路養(yǎng)護(hù)管理的應(yīng)急處置資料包括夏季公路防汛資料、冬季除雪防護(hù)資料、安全隱患處置資料、公路巡查搶險(xiǎn)資料等各項(xiàng)內(nèi)容，主要作用是處理公路交通的各種應(yīng)急突發(fā)情況，保持公路通行安全。

3.2.4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

公路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分為公路路產(chǎn)檔案、路況調(diào)查資料、橋梁基礎(chǔ)資料、標(biāo)志標(biāo)線資料等各項(xiàng)內(nèi)容。

3.2.5 養(yǎng)護(hù)綜合管理模塊

養(yǎng)護(hù)綜合管理主要包括文件通知公告、規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、督導(dǎo)考核檢查、安全生產(chǎn)管理、材料機(jī)械管理等內(nèi)容。另外，還有養(yǎng)護(hù)人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)記錄、會(huì)議記錄、信息文件等輔助資料，都是對公路養(yǎng)護(hù)管理工作的全面反映[11]。

安全生產(chǎn)管理，提供安全隱患巡查問題，安全隱患整改通知單，反饋等流程；安全檢查與安全問題記錄、安全技術(shù)交底、安全隱患風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等。

人料機(jī)管理，主要是人員、材料、機(jī)具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，其中包括養(yǎng)護(hù)用工管理、材料入庫、出庫、盤點(diǎn)、報(bào)損和表單的管理，機(jī)械檢查記錄、使用記錄等數(shù)據(jù)管理。

人員培訓(xùn)管理，結(jié)合公路養(yǎng)護(hù)工作的特點(diǎn)，針對養(yǎng)護(hù)工作人員普遍文化素質(zhì)低的特點(diǎn)，編制公路養(yǎng)護(hù)工作人員管理手冊，建立培訓(xùn)學(xué)習(xí)制度，加強(qiáng)對員工的培訓(xùn)教育。做好會(huì)議記錄、學(xué)習(xí)記錄等相關(guān)的管理，提高養(yǎng)護(hù)工作人員勞動(dòng)技能，強(qiáng)化公路站建設(shè)，建立穩(wěn)定的養(yǎng)護(hù)工作隊(duì)伍。

4 公路養(yǎng)護(hù)管理信息平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

在公路養(yǎng)護(hù)管理進(jìn)行的過程中，養(yǎng)護(hù)人員對公路進(jìn)行巡查，并將養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)傳入BIM系統(tǒng)中，根據(jù)數(shù)據(jù)建立相對應(yīng)的公路模塊，便于后期對公路進(jìn)行檢查。利用BIM技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合與歸納，讓數(shù)據(jù)呈三維立體模式，能夠更加直接地為相關(guān)人員提供數(shù)據(jù)參考，便于工作人員提出針對性的建議，不斷提升公路養(yǎng)護(hù)方案的質(zhì)量，提高公路養(yǎng)護(hù)工作的效率[12]。

如圖5為山東省交通運(yùn)輸廳按照BIM+GIS技術(shù)要求，開發(fā)的“山東省公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)”，各級養(yǎng)護(hù)部門在完成公路養(yǎng)護(hù)工作后，按照統(tǒng)一要求在該平臺(tái)進(jìn)行管理，加快實(shí)現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)管理的科學(xué)化、精細(xì)化和智能化，降低了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用成本，提高了公路養(yǎng)護(hù)管理的信息化水平[13]。

圖5 山東省公路養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)

另外，路面管理系統(tǒng)(CPMS)、橋梁管理系統(tǒng)（CBMS）等現(xiàn)代化技術(shù)也在公路養(yǎng)護(hù)管理工作中得到廣泛應(yīng)用，大大提高了公路養(yǎng)護(hù)管理人員的工作效率，也提高了公路養(yǎng)護(hù)管理工作的智慧化程度。

5 結(jié)語

本文針對山東省公路養(yǎng)護(hù)管理的特點(diǎn)，開發(fā)設(shè)計(jì)了基于BIM+GIS技術(shù)的公路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)。公路養(yǎng)護(hù)BIM管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公路養(yǎng)護(hù)BIM的信息交互，在公路養(yǎng)護(hù)管理的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、方案優(yōu)化、信息共享等工作中的應(yīng)用，使其在公路養(yǎng)護(hù)的計(jì)劃報(bào)表、公路養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急保通、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等方面發(fā)揮重要作用。全面集成各種公路養(yǎng)護(hù)管理數(shù)據(jù)信息，創(chuàng)建了管養(yǎng)BIM管理模型，搭建了公路養(yǎng)護(hù)管理的數(shù)字化平臺(tái)，為今后的公路養(yǎng)護(hù)管理信息化和智能化建設(shè)提供參考。