關于BIM技術在高速公路管理中的應用新思路

鄧海濤

摘 要：隨著社會經濟和科學技術的高速發展，交通運輸系統的穩定運行對于整個國民經濟命脈具有決定性的作用。而高速公路在整個交通運輸系統處于相對重要的地位。由此高速公路的建設運營能否高效穩定，越來越為人們關注。本文首先概述了BIM技術和高速公路建設運營的相關概念，接著文章指出了目前高速公路在建筑運營中存在的問題，最后就BIM技術在高速公路建設運營全過程中的應用與技術優勢進行了詳細的論述。

關鍵詞：BIM技術；高速公路；運營管理；應用

1 高速公路建設運營概述

現有的隧道運營管理模式，隧道的交通誘導和救援現場管理主要由隧道管理站負責，片區中心也可直接對隧道進行宏觀的救援指導和誘導控制，片區中心的優先級高于隧道管理站。

隧道所負責所轄范圍內隧道的日常監控管理，并對路段交通進行協調控制。可進行交通參數檢測、隧道內環境參數檢測、火災報警、光強檢測、異常情況處理、閉路電視監視、交通信息發布以及系統日常運行操作，對路段的交通數據及其它各種參數進行匯總、統計、打印；向監控分中心傳輸圖像和數據，并接受其指揮控制。

2 高速公路在運營管理中存在的問題

高速公路在運營時，由于運營期的管理人員大部分不是建設期的管理人員，通車后，運營期管理人員對高速公路建設的情況不了解，當出現病害后需翻閱大量圖紙進行查找；在運營過程中，也無法直觀的了解高速公路全程的養護維修狀況，難免在養護維修過程中出現疏忽的情況。當出現問題時，對問題設備無法準確定位，無法準確知道設備運行情況，無法及時聯系廠家，這樣都會給高速公路運營帶來不必要的麻煩。

3 BIM+機電管控平臺簡述

傳統的高速公路綜合監控系統通常只具備平面二維度的設備監控，雖然能夠實現設備的各項參數的實時監控，但是無法實現三維度的實時監測，另外，隨著BIM技術的發展，如何有效的利用既有BIM三維模型將前期通過設計院或施工總包方建立的模型進行轉換及二次應用成為亟待解決的難題。鑒于此，通過構建基于BIM技術及其轉換算法兼容模型的三維可視化高速公路智能監控管理系統，利用BIM技術強大的三維可視化展示能力，通過動態數據附加技術實現可視化實時監控，達到狀態信息與BIM模型聯動的目的。最終實現高速公路智能化管理、仿真模擬及自動化巡檢。

系統采用全新的設計理念實現隨時隨地、零距離、安全穩定的信息化監測。做到4A（Any where/Any time/Any data/Any device）辦公，通過移動終端設備、瀏覽器以及PC終端，打破時空的局限實現輕松運維。使用戶能隨時隨地、自由便利地實現設備監測、自動巡檢、動態運維。

4 BIM+機電管控平臺主要功能

4.1 設備運行監控功能

該管理系統集成了對機電、視頻監控等設備的搜索、查閱、定位、監控功能。在BIM高速公路模型中，點擊BIM模型中的設備，可以查閱所有設備的信息，如：設備型號、參數、編號、所在位置、安裝日期、使用時間、維護保養周期、設備管理人、供應商、聯系電話等；該系統模塊可以對設備全生命周期進行管理，比如對壽命即將到期的設備及時預警和提示更換配件，防止事故發生；通過在界面中搜索設備名稱，可以快速查詢所有設備在高速公路的準確位置，管理人員或者領導可以隨時利用多維度BIM模型，進行設備實時瀏覽。可以一鍵定位，可以虛擬巡檢、漫游。

4.2 報警功能

系統提供豐富的報警功能，用于顯示、處理從設備或子系統上傳的報警信息。系統以圖形、文字、跳轉畫面等多種方式實現報警。提供實時報警頁面，實現報警信息的實時文字顯示。同時還可以跳轉至BIM高速公路模型中的對應位置提供精準定位，實現報警信息的完整傳遞。提供歷史報警頁面，顯示報警歷史記錄，操作員可以按系統、功能、等級等條件進行篩選。

4.3 用戶管理功能

系統對每一位進入系統的人員進行嚴格的登錄檢查，清楚地分辨、記錄進入系統和進行操作的人員，以確定管理人員的管理范圍。系統分配給每個級別用戶一定的權限，這些權限包括操作模式、控制權力、控制范圍等。

4.4 協調聯動及預演功能

系統匯集各個系統設備的信息，實現各個系統之間與安全無關信息的互通和聯動。聯動包括日常操作聯動和緊急聯動，日常操作聯動一般是按照時間表自動激活或操作員手動啟動執行；緊急聯動一般由事故觸發或操作員手動觸發。 當路面或隧道發生自然災害或事故，路橋管理所根據各路橋管理所上傳的信息，系統內部根據大數據分析、BIM技術與核心算法可以給決策者提供相應的措施建議，進行合理安排部署事故路段事故處理工作以及現場車輛人員疏導以及事故路段前的高速入口同時進行相應的車輛管制；若逢節假日道路車流量大的時，路橋管理所根據數據分析中心得到的相應數據進項分析并在系統BIM高速公路路段模型信息中顯示，路段阻塞信息更加明了，同時自動針對阻塞路段進行車輛管制并自動規劃疏導路線。

4.5 維護管理功能

系統具備一個帶有預測功能的設備管理自動化解決方案，它以先進的故障檢測和診斷引擎作為核心，內部算法會權衡各種故障可能性，并據此建議管理者，操作人員和維修工采取措施以防設備故障發生或者產生能源浪費。當設備發生故障時，軟件會自動提供可能故障原因的分類列表，這樣就可以減少停機時間并降低故障診斷和故障恢復的成本。

4.6 后臺數據整合分析功能

系統后臺實時獲取現場數據及信息，并對獲取到的數據自動分類、分級進行保存，系統可自動分析路段路況和車況等信息，并將重要信息（設備故障信息、車流量、氣象信息、其他報警信息等）及數據分析結果存儲在服務器數據中心；系統內置多種核心算法以滿足不同功能的需求。如操作員可以全面定制3D趨勢圖和各種圖表，讓界面栩栩如生，還可以從豐富的圖形庫中選取感興趣的3D圖形來清晰和明確地展現實時或歷史數據。實時數據和歷史數據可以繪制在同一個趨勢圖上，例如上周的數據和今天的數據可以在同一張圖上進行比較分析，或者當前趨勢與目標趨勢數據比較等。后臺數據庫還可以和其它監控軟件無縫對接，創建一流的報表、數據分析等應用。高速公路運營維護數據的積累，對于管理者來說具有很大的實用價值。可以通過數據來分析某條高速公路機電設備存在的問題和隱患，也可以通過數據來優化和完善現行管理方法。例如： 通過客戶端了解各個設備故障、損壞、維修、更換頻次等，并且累積形成一個周期內設備的使用情況；通過累積數據分析不同周期內設備質量優劣，供采購部門進行產品再次選型參考。

5 新舊管理模式對比分析

5.1 可視化管理

傳統二維監控平臺：在項目運營使用階段，涉及大量的設備運行維護管理，傳統的設備運行維護管理方式主要是通過紙質資料和二維圖形來保存信息，是由各參與方分別記錄設備相關信息，管理者需要分別查詢各方信息、二維圖紙、文件等大堆資料來開展具體的維修保養工作，耗費大量時間且難以有效管理。BIM+機電管控平臺：提供3D可視化的操作平臺，利用BIM 技術以及大數據技術，整合分析了機電設備運行維護管理所需信息，使管理人員形象、直觀、清楚的掌握機電設備的相關情況，增加其信息掌握的準確性。并且在設備管理過程中，可視化的管理可以大大降低設備管理的難度，比傳統的二維圖紙更容易理解。能夠快速清楚的了解機電設備的位置、運行維護狀態等等信息，幫助管理者迅速找出需要重點管理的設備以及設備管理的關鍵點，大大提高設備管理效率。

5.2 機電設備運維

傳統二維監控平臺：通過做好設備的日常性保養和及時組織維護人員排除故障以確保各大系統正常運行，并編制年度辦公費用的預算和維護設備、采購備件等養護專項經費計劃，經批準后認真組織實施，從而實現控制資金的開支，提高資金的利用率，降低運營管理成本。

BIM+機電管控平臺：運用平臺，省監控中心可查看各管理所制定的維護計劃進行維護設備和采購備件等經費計劃的編制，平臺具有設備故障報警并記錄該設備故障相關產品信息和故障次數，便于對設備的采購進行直觀的、合理的數據分析依據，在省監控中心可以隨時查看各路橋管理所的維護計劃和維修記錄。

5.3 數據查看

傳統二維監控平臺：只能獲得監控錄像視頻數據，其他信息需分中心通過查詢或現場查看后匯報獲取。

BIM+機電管控平臺：通過3D GIS技術將整個省高速公路路網顯示于軟件平臺上，選擇需要查看的部分可進入相對應的BIM數據庫和數據中心，查看當前高速公路的BIM模型和相關的施工圖紙、竣工圖紙，同時可以通過數據中心查看該高速的車流量，氣象，視頻錄像，火災報警，設備故障，設備維護計劃等實時信息和歷史信息。

6 平臺的技術創新與優勢

6.1 與傳統二維平臺的優勢

1、BIM智慧運營管理系統功能齊全、注重實用、可持續發展；

2、完成高速公路BIM智慧運營管理系統信息模型、中心數據庫的建設，從功能上滿足高速公路運營管理定位要求，為建設智慧型高速公路提供數據信息平臺；

3、完成對運行管理人員和技術人員的業務培訓，確實保障BIM智慧運營管理平臺的科學管理水平；

4、通過分析機電設備及管理流程長期運行的數據，為運營管理提供最有效的改進方法和措施，形成完善的制度化管理流程，并為今后指標化考核提供重要的依據。

6.2 平臺的技術創新點（應用價值）

6.2.1 設備空間定位

給予各系統各設備空間位置信息，把原來編號或者文字表示變成在BIM模型中以三維模型的形式表現，從中可以直觀地查看其分布的位置，使業主對于這些設施設備的定位管理成為可能。例如，發生火災等緊急情況時，消防系統的消防栓安放位置、視頻監控攝像頭等的位置等，在BIM這一三維電子地圖中以點位反映給這些信息的關注者，以往的“問路”式管理方法依靠于有經驗的工作者對建筑物中設備和設施的熟悉程度，位置找不到就去問他們；而今在融合了BIM的運營管理系統中可以一覽詳情，在BIM模型上快速定位所在位置，并查看周邊的疏散通道和重要設備。

6.2.2 漫游定位與設備信息查看

在BIM模型中可漫游查看相關設施，即點即查設施的相關資料和信息，通過傳感裝置也可實時獲取和展示采集到的監控信息。系統對具體設備的BIM模型瀏覽是雙向的，用戶既可以通過在模型視圖中選擇相對應的設備模型構件，也可以通過輸入設備名和設備型號等屬性的方式進行查詢瀏覽。無論采用何種方式，一旦選中了某一具體設備，在界面上就會出現與該設備相關的設備信息（包括設備的名稱、型號、技術參數、生產廠家等）供用戶查看，同時用戶也可以通過點擊關聯標簽，查看“設備說明書”、“維修保養資料”、“供應商資料”、“應急處置預案”、“歷史維護信息”等各種與設備相關的文件及信息資料。

6.2.3 設備維護與保養

設備維護分為及時性故障派修和計劃性保養維護。在平臺建立時就會對設備進行標準化分類和編碼，并把各類設備的保養維護周期和程序、以及與設備維護承包商的維護合約及設備保險等內置到系統中。

對于計劃性維護，系統會根據內置規則自動生成運維計劃表。檢修人員可按計劃對設施或設備進行日常維護，并更新維護狀態。在發現故障時，可通過手持設備輸入設備編號，選定設備，登記故障，可在系統中查詢設備的廠家、型號、設備屬性信息和庫存備件情況。并可生成派工單，檢修過程中可查看故障構件的相關圖紙、歷史維修信息、維修知識資料等，輔助問題解決，完成后可記錄維護日志，更新狀態。

6.2.4 一機多屏聯動

平臺的運維人員配備兩臺或三臺顯示器來集中展示，以此滿足客戶對信息量的最大需求，同時多個屏幕之間可以進行聯動。交互界面實現監控畫面內容的無極縮放，支持頁面拖拽，可同時調用視頻圖像，查詢各系統列表信息，匯總系統的運行狀態及數據，并根據并發聯動請求情況，可展示并跟蹤響應聯動的處置過程。

6.2.5 移動終端APP監控

在無線Wi-Fi覆蓋或者3G/4G無線聯網的條件下，BIM智慧運營管理系統提供基于手機及PAD等客戶端，使管理人員可利用手持設備，在現場環境下對被控設備進行跟蹤調試，以及相關的報警勘察。

6.2.6 應急指揮模式

BIM智慧機電管理平臺采用“全局指揮、應急聯動、操作簡單、安全可靠”的設計原則。軟件采用平臺化的設計架構，通過從各個子系統獨立的數據庫中進行數據抽取、整合以及更新和校驗，實現從多方位多角度收集相關的信息，通過統一平臺實現集成，輔以預案庫自動生成，以形成具有報警統一、應急聯動、指揮調度、現場管理等綜合功能的系統。

同時，處理該報警信息的預案會以列表的方式顯示給用戶以供選擇或參考，從而指導物業管理人員逐一確認報警和操作相關的設備。

7 應用規模及先進性分析

目前， BIM軟件及機電設施管理軟件在各自層面上都有很多應用，但是將二者較好的融合起來目前在國內未見到實際商用案例。其實將二者結合起來有許多可以預見的優勢。

7.1 日常工作的協同

過去，二維機電管控平臺軟件主要是用于展示子系統的運行狀態、故障報警提醒、查詢數據庫、了解子系統的歷史或當前運行情況。現BIM+機電管控平臺是要求實現子系統間的數據共享與聯動。比如火災自動報警與交通監控系統、通風系統、電視監控系統等的聯動等等。

7.2 規范工作流程

采用功能強大的工作流引擎、統一消息平臺，實現高效的信息交互。使得平臺能夠對設備資產實施包含設備從采購、安裝、使用、報廢等一系列過程，通過大數據積累，綜合分析設備的可靠性和經濟性之間的平衡。

對人員的日常工作，例如巡檢、保養、維修、應急處理等工作進行提醒；能夠查看專家知識庫進行學習；遇到設備故障，可以查看員工的經驗總結，從而解決問題；能夠在平臺上對員工的日常工作進行KPI考核。

7.3 災害疏散應急

高速路網密集，車流量大。高速公路突發災害時，及時采取有效的措施能減少人員傷亡，降低經濟損失。BIM模型匯集了大量的信息，包括應對突發事件的應急設施設備所在位置等。因此當突發災害時，BIM模型協同其他子系統為人員疏散提供及時有效的信息，BIM模型的三維可視化特點，及BIM模型的中建筑結構和構件的關聯信息可以作為人員疏散路線的制定提供依據，保證在有限的時間內安全快速疏散人員，引導人員逃生。

8 結語

隨著經濟發展，高速公路的建筑和運營中存在的問題越來越亟待解決。在科學技術高速發展的今天，BIM技術為解決擋墻高速公路運營中存在的問題提供了有效的解決方案。本文通過概述BIM技術和高速公路的基本狀況以及當下存在的一些問題，接著提出將BIM技術應用于高速公路建設運營過程中的策略。結合高速公路機電設備多，維護量大，而運維管理技術要求不斷提升的情況，通過BIM技術的應用可大大提高工作及管理效率，實實在在降低人工成本；以BIM、云計算、大數據、智能設備等為代表的當代先進技術的綜合應用來實現智慧高速，傳統的印跡將徹底成為歷史，實現“智能、綠色、精益和集約”的精細化管理。