基于BIM平臺的路面病害可視化管理研究

李慧　鄭宇

摘要：隨著交通運輸業地位的日益凸顯，我國交通基礎設施建設的規模不斷擴大，很大程度上改善了交通運輸通行狀況。道路建設的設計是影響道路工程質量的重要環節，而建筑信息模型（BIM）是優化道路工程設計的先進信息技術工具。在信息技術快速發展的時代，BIM技術在道路工程設計中的應用越來越普遍，其能有效提高工程質量，可以使道路工程在今后長久使用。

關鍵詞：道路工程 BIM 三維可視化 路面病害

中圖分類號：U418.6文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

在經濟快速發展的背景下，建筑信息模型（Building Information Modeling，簡寫為BIM）在建筑行業取得了長足的進步，并且已經成為一種能夠對所要施工項目進行很好管理和科學管控的技術。在技術不斷的變化下，我國基礎設施的快速發展，特別是在道路、橋梁的建設中，BIM技術方面從建筑應用漸漸地向道路工程方面發展，并且眾多相關的研究人員在道路工程中采用BIM技術，對此進行了廣泛的探討，并獲得了更高水平。因此，完善BIM技術配合在道橋工程的相關技術更多展示體現在橋梁設計和道路施工兩方面，但道路路面病害BIM模型的建立使用方法的系統研究仍有較少的研究方面。因此，利用BIM新技術在道路養護維修的工作中進行應用大勢所趨。

1路面病害信息

1.1 路面病害類型

在我國經濟迅速發展下，道路工程的使用率大大提升。路面的設計使用年限是由道路等級和車輛通行量共同決定的，高速公路和一級公里的設計年限一般為十五年，二級公路、三級公路的設計使用年限相對減少。路面出現病害原因，一方面，因為設計人員對車輛的通行量預估不足及長期存在的車輛超載等現象造成的;另一方面，因為在施工過程中規范要求的質量程度控制掌握不到位，導致了許多路面病害往往在預期壽命之前就出現。

路面產生裂縫類病害的問題是最常見的，如圖1所示，其產生原因有很多，一方面，由于選擇的原材料的質量不達標，導致整個路面工程不達標，開裂;另一方面，在施工過程中，施工人員不能正確操作，導致出現路面質量問題。例如縱向裂縫和橫向裂縫，橫向裂縫表現為與道路中心線近似垂直的短曲線，其往往是由路面層或半剛性基層，產生了超過其疲勞強度的拉應力所導致的;縱向裂縫則表現為與道路中心線平行的長曲線，并伴隨短而細小的支裂縫，其通常是由施工對地下的軟土處理不當造成的。在外界因素的作用下，造成路面表面有不均勻沉降，或者在施工期間，攤鋪機分幅攤鋪時連接處的處理方法錯誤引起的裂縫病害[1]。

沉陷、車轍、不規則變形可分為變形類病害，如圖2～4。車轍病害表現為，在路的表面出現類似輪胎形狀的豎向凹陷，其產生的原因，一方面是在施工時原材料壓實度沒有達標，不具有足夠的穩定性;另一方面是在外界荷載的反復作用下，再加上部分車輛超載現象頻繁出現，致使部分路面的面層產生了永久的變形，其一般會發生在夏季高溫時期;沉陷因路面局部開挖之后，沒有將填土分成壓實至原地面高而產生的部分凹陷，其產生原因是路基壓實度沒有達到設計要求、在用回填土的土質不符合規范要求、施工機器碾壓不到位，路基原地面一下障礙物處理不完善，最終反映到路面上來。

路面松散也是一種常見的病害類型，如圖5所示，但其修復處理的難度程度比較大。路面松散破壞的發生，常常與路面所用主要材料的配合比有關，如果是瀝青路面，混凝土溫度過高，自身失去粘結力，從而導致瀝青混合料中的細集料剝落;在季凍區施工的路面會由早晚溫度變化大，路面會產生凍脹，從而引起松散，冰雪融化后，產生的水分會流進混合料內部，經過冷凍和反復融化，造成了面層的破壞。

泛油主要是對瀝青路面造成了病害，如圖6所示。其是由于混合料調配比例不科學造成的，如果外界溫度環境相對較高，瀝青泛油的狀況就會更加突出，在路面形成一層薄薄的油層，無法準確觀察到骨料的現狀，這樣施工完成后的瀝青路面強度不高，車輛過去的時候會有明顯的痕跡，這會降低道路質量和美觀性。

1.2 路面病害信息化

針對路面存在的病害狀況來看，管理人員必須充分了解路面病害發生種種的信息，這些信息一方面是在進行路面病害調查中收集的，另一方面是在道路運營維護過程中產生的，然后再對這些信息進行分析，可以為后續道路養護維護、改造提供理論支撐。采用BIM軟件來實現路面病害的三維可視化，一般從三方面進行模擬。首先是使用ContextCapture技術，輸入三維坐標信息，如病害的X方向距離、Y方向距離、Z方向的高程，其主要是定位病害空間位置;然后輸入路面病害的具體信息，如局部裂縫的長度與寬度、沉陷坑的面積大小和深度、車轍的形狀等;最后再輸入施工人員維護路面病害所需要的養護信息，如維修所需的時間、人員的數量以及維修的計劃等，經過以上軟件的操作過程，就可以靜路面病害的基本信息賦予在BIM模型上[2]。在此基礎上，還可以建立基于BIM模型的養護成本的估算，對人為計算的成本的程序進行了大大優化。

2 BIM的可視化管理

2.1 BIM的概念

建筑信息模型（Building Information Modeling，縮寫為BIM）不是一款單獨的軟件，而是讓新時代軟件工具與解決方案融合在一起的一種計策。BIM第一款發展于1960年代的后期，由Autodest公司研發的Revit，包含建筑、道路、鐵路等自身的信息、與其相關的鏈接信息及與其相關的生命周期信息，這些信息可以很好地融合在BIM之中，建立起3D模型。設計人員通過多種方式獲取工程數據信息，然后結合工程項目實際情況，創建具有相關實際數據的模型。隨著BIM技術在建筑工程中的作用越來越明顯，其逐漸推廣并應用于道路工程等其他領域。

與傳統的二維設計軟件相對比，BIM技術可以創建建筑模型的三維圖像，主要針對有公路、橋梁、市政工程等基礎設施行業，項目由大量不同專業組成，分別是結構設計、排水設計、管道設備等不同程度需要有效協作才能完成項目，但是在設計項目中存在一些誤區，致使后續對BIM技術的設計修改。不同專業的人員進行設計遇到問題時，可以采用具有3D可視化功能編輯設計完成。此外，BIM技術還增加了數據距離定位，材料工程數量等多項指標，建設計劃等數據轉化為模型。

2.2 BIM可視化的優點

大多數道路建設項目是政府資助的基礎設施項目，而該項目能否獲得廣泛認可，取決于項目的可行性報告。區域經濟發展規劃狀況交通經濟預測及建設技術標準和推薦建設計劃，會決定項目資金分配和最終實施計劃。政府機構將召開負責土地管理的機構會議。關于節約用水、環境和建筑的討論，各種替代方案的可能性并最終決定決策，但在這討論的過程中，通常會因為各個部門關注的差異所致，或溝通上的差距，計劃中有很多不確定性，需要修改的內容很復雜。而BIM技術可以提供多因素電子，3D虛擬軟件中包含的各影響因子均可靈活調整和改變，并能實現可視化實時對比。

BIM軟件的三維模型的模擬功能，突破了研究人員傳統的思想，解決了研究人員對復雜工程的空間結構的想象約束，通過BIM建模，可以將路面的基本情況和路面的病害信息直觀地展現在研究人員的面前，非常形象化地被表現出來。研究人員可以通過可視化的操作平臺，進行數據搜索和信息編輯，進一步地提高了路面病害的管理效率。BIM軟件的可視化還提供了許多優勢，例如：輕松高效地傳輸數據和信號;能夠快速而準確地定位病害的位置和相關信息;經過BIM軟件的操作，可以使路面病害問題快速的被發現，在病害發生前，施工人員可以提前消除隱患;BIM軟件還可以在路面損壞檢測時，直接從路面模型上進行數據編輯，大大提升了管理人員的工作效率[3]。

2.3 BIM技術可視化設計

Civil 3D 在路面工程應用建模方面有著非常厲害的功能，被譽為領先的BIM道路設計程序，其可用于建立繁瑣、不容易想象的三維道路模型，而且還能很好地切合地形表面的現況，創造出精美的模型。

BIM設計軟件可視化還可以大大降低業主對相關專業技能的需求，并減少與專業設計師的溝通障礙。與傳統3D渲染軟件相比較，Revit有3D渲染效果及內置幾何物理分析功能，還可以進行模擬計算分析，以及對路口進行建模。出入口匝道和橋板可以有效地使用，并且可以作為一個單獨的單元使用并單獨更新，格式更改可以通過簡單的參數設置進行。當道路工程設計人員更新設計參數時，他們可以通過3D可視化模型即時改正，顯著提升設計效率。設計過程中，Revit軟件可以自動進行碰撞沖突檢測和結構穩定性計算驗證，可以避免設計過程中可能發生的各種類型的施工危險，并且可以節省項目的整體成本[4]。

2.4 基于BIM的路面病害可視化

BIM作為一項新的技術，其最大的特征是將工程建設各工種或部門所掌握的項目相關信息高度集成于3D數據模型內，以此貫穿工程項目的全生命周期，突破傳統二維圖紙上的由簡單構造線組成的圖形特征，讓項目展示效果更加的直觀和高效，因此我們將BIM技術與路面病害管理結合起來，實現路面病害的可視化管理，加快我國道路建設進度[5]。

在建立路面病害的BIM模型中，首先將道路基本數據、沿線的地形地質、水文氣象等因素輸入軟件中，接下來，把路面病害情況的相關信息加入BIM模型上，最終達成路面病害可視化的效果。當因素發生變化時，道路模型信息也會隨之而調整，從而得到3D道路模型，研究者可直觀、準確地了解道路某處病害類型和整個路面的損害狀況，并提供一種可視化平臺類管理病害問題，同時提升了路面病害可視化管理的效果[6]。

3結語

BIM技術作為一種以現代信息技術為基礎的工程類應用軟件廣受關注，并在很多工程項目中發揮了重要作用。為了研究BIM技術在道路病害中的應用，該研究闡述了路面病害的類型與BIM的可視化，在此基礎上，簡述了BIM技術與路面病害相結合可視化的優點，發現在道路工程養護管理方面對BIM技術有著明確的應用需求。大力推廣和應用BIM技術，有助于我國交通運輸業的長期發展，對擴大交通運輸業規模，加快工程建設進度，延長公路使用壽命，保證道路交通安全都有重要意義。

參考文獻

[1] 孫夢夢，BIM技術在道路工程施工階段進度管理中的研究與應用[D].鄭州：華北水利水電大學，2019.

[2] 于俊鵬，BIM技術在道路工程施工進度管理中的應用探析[J].安徽建筑，2021，28（4）：69-70.

[3] 石紅磊，BIM技術在高速公路改擴建鋼橋全過程管理中的應用[J].公路，2020，65（8）：157-161.

[4] 宋華，謝艷，張浩陽，等.BIM技術在橋梁管理可視化中的應用研究[J].公路交通技術，2020，36（5）：94-99.

[5] 戴茜，季立花.基于BIM三維技術橋梁病害信息可視化探討[J].江西公路科技，2017（4）：51-54.

[6] 鄭智能.基于BIM平臺的路面病害可視化管理[D].重慶：重慶交通大學，2019.

作者簡介：李慧（1995—），女，碩士，助教，研究方向為道路工程。

鄭宇（2000—），男，本科在讀，研究方向為道路橋梁與渡河工程。