BIM技術在路面精準養護的應用研究

江亞 JIANG Ya

（新疆北新路橋集團股份有限公司重慶分公司，重慶 400000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）技術是土木工程信息化管理的新技術，由美國Autodesk公司所創，并得到業界的高度認可，以實現工程建筑的信息化管理，實現建筑工程的規劃設計、建設施工、運營管理的全壽命周期科學化管理，為工程項目的設計團隊、施工單位、設施運營部門和業主等參與方提供協同工作和交流的平臺和工具。

BIM技術由于在工程建設領域具有獨特優勢和技術特點，以三維數字技術為基礎，構建建筑工程項目數字信息的三位數據模型，其能夠為公路數字化管理提供了一種科學的有效方法。交通運輸部在《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》中要求BIM技術應加快在工程設計、施工、養護過程中應用，滿足公路工程建設全壽命周期的數字信息化管理技術要求。

1 BIM技術在公路工程的應用研究

1.1 公路路基工程的應用

公路路基的設計、施工、養護信息化管理是工程行業發展的重要發展技術要求，基于BIM技術的工程協同管理云平臺能夠提供項目干系人的信息溝通和工程信息化管理能力。對參與人員協同性差、工作調度效率低下、資料管理混亂、質量與成本不統一問題實現有效的解決。信息化的工程管理，離不開信息模型的分類基編碼標準，利用BIM模型實現EBS（Engineering Breakdown Structure）工程實體結構分解編碼，基于《ISO 12006-2 2015分類框架》可以鎖定最小的管理單元，保障信息傳輸準確性和可靠性。以路基BIM模型建立工程樹，便于實現規劃、設計、施工、運維可階段的信息化管理。

1.2 公路路面工程的應用

GIS（Geographic Information System）地理信息系統是一門綜合性科學。在計算機軟件和硬件系統的支持下，基于測繪技術衛基礎，實現空間數據的收集、存儲，編輯、查詢、處理、分析、輸出和使用，對道路網級可視化管理具有獨特的優勢，將BIM技術與GIS技術結合用于公路路面工程的數字化管理，為工程管理提供便利的條件，如圖1所示。

圖1 BIM+GIS技術在路面工程管理的應用

1.3 公路橋梁工程的應用

BIM技術在公路橋梁工程中主要是設計、施工、運營的應用為主，建立數據管理標準和三維可視化模型為基礎的信息化系統平臺，實現數據整合和業務可視化管理，提升橋梁管理效率和信息化技術。BIM技術與橋梁大型結構物健康狀況監測系統進行融合實現橋梁結構的安全監測和評估，對監測數據和模型信息進行交互傳輸，為管理人員提供精確的位置、構件屬性和監測狀態數據。BIM數據模型與橋梁信息化管理養護系統融合，進行橋梁可視化養護，為管理單位提供養護決策基礎數據，并與橋梁構件二維碼識別技術、無人機巡檢技術、AR虛擬技術、激光雷達數據采集技術、機器上監測技術進行結合。

1.4 公路隧道工程的應用

公路隧道由于所處巖土環境復雜、地質狀況容易變化、使用條件要求高，使用性能在多因素長期作用下變化劇烈，養護成本較高，并且與地質災害緊密相連。通過BIM技術實現隧道規劃、設計、施工養護的全周期服役監測，為隧道的科學化管理提供了數據支撐和可視化監測能力。BIM技術可有效的運用在隧道的運維管理，并以此為基礎建立WEB技術的管理平臺，融合日常監測數據，為業主提供精準的“建管養”數據。基于BIM技術可以獲取隧道的基礎信息數據和實時狀態信息，實現基礎數據管理、使用性能監測、結構力學狀況監測、全方位的安全評估預測等。融合云計算技術和大數據挖據技術，對隧道基礎設施的服役壽命周期、構件基礎數據、養護歷史信息、運營模態數據進行數據智能化分析和精準預測，降低養護成本。

2 路面健康狀況精準養護技術研究

公路和城鎮道路的路面檢測主要通過數字圖像、激光測量和“3S”定位技術對路面損壞、平整度、車轍、構造深度、抗滑性能和結構強度等路面技術狀況進行精準測量。目前，國內外科研結構和科技型企業均在道路路面智能化檢測領域取得重要的研究成果。

2.1 國外檢測技術

美 國ASTM（American Society for Testing and Materials）組織機構提出并制定了PCI（Pavement Condition Index路面損壞狀況指數）、IRI（International Roughness Index國際平整度指數）、MTD（Mean Texture Depth路面紋理構造深度）用于評價路面技術狀況測量方法。美國AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Officials）組織機構提出并制定了PSI（present serviceability index）用于測量路面性能指標，是繼路面損壞狀況指數（PCI）和國際平整度指數（IRI）之后使用最廣泛的路面性能指標之一，該性能指標介于0和5之間，0代表性能為差的路面，5代表性能為優的路面。

參考ASTM和AASHTO路面檢測評價標準，美國IIC（International Cybernetics Co.）公司研制了IRISGO道路檢測車，加拿大Fugro Roadware公司研制了ARAN道路檢測車，可對路面損壞狀況指數PCI、國際平整度指數IRI、路面紋理構造深度MTD進行數據采集。

2.2 國內檢測技術

中國交通部在2018年發布《公路技術狀況評定標準JTG 5210-2018》技術規范，根據規范技術要求對公路路面技術狀況的路面損壞狀況指數PCI、路面行駛質量指數RQI、路面車轍深度指數RDI、路面跳車指數PBI、路面磨耗指數PWI、路面抗滑性能指數SRI、路面結構強度指數PSSI進行檢測評價，以對公路路面技術狀況進行綜合評價。住房和城鄉建設部在2016年發布了《城鎮道路養護技術規范CJJ36-2016》，根據規范技術要求在進行城鎮道路路面養護的定期檢測評價中對道路路面損壞狀況指數PCI、路面行駛質量指數RQI進行檢測評價。

依據公路和城鎮道路檢測評價方法，中公高科養護科技股份有限公司依靠交通公路科學研究所的道路檢測先進應用技術，研發了多功能路況快速檢測車（CiCS II）。武大卓越科技有限責任公司依靠武漢大學的國際領先的激光測量理論研究，研發了智能道路檢測系統RTM，可自動化同步采集地理位置信息、路面損壞狀況指數PCI、路面行駛質量指數RQI、路面車轍深度指數RDI、路面跳車指數PBI、路面磨耗指數PWI路面技術狀況數據。

2.3 新一代技術發展趨勢

為了解決當前路面質量檢測方法成本高、效率低下和設備昂貴問題，國內外高校和科研機構在新一代的路面質量檢測方法上進行積極探索。

芬蘭vaisala公司研發RoadAI道路路面技術狀況識別技術，利用智能手機安裝在車輛前方通過視頻采集技術進行道路數據采集，并使用AI算法進行路面病害數據提取和分析。

美國馬薩諸塞大學Walaa Mogawer博士開發無人機道路巡檢技術通過無人機搭載高精度工業相機對路面技術狀況進行自動化數據采集，并使用深度學習算法對路面病害進行自動化分析。

深圳市騰訊計算機系統有限公司研發道路智能巡檢技術，在巡檢車輛配備了常規視角相機、魚眼相機、慣性導航、GPS等傳感器。通過多傳感器的融合算法，能夠自動分析、識別出路面病害的位置、類別、嚴重程度和物理尺寸等信息，并實時發送檢測結果到車載人機交互程序。

3 基于BIM+IOT融合技術在路面養護管理應用研究

3.1 IOT技術

IOT（The Internet of Things）物聯網技術是通過各種信號傳感器、射頻感知技術、全球空間定位系統、紅外線器件、激光測量器等技術。對需要監控測量、信息連接、互動操作的物體和過程進行實時采集，通過先進傳感技術采集物理世界的聲學、光學、電學、熱學、力學、化學、生物、位置等狀態信息，通過物理網絡接入和數據傳輸，實現物物和物人的數據連接。IOT物聯網的基礎網絡架構由感知層、網絡層和應用層組成。

感知層：主要功能就是通過傳感器技術采集物理世界的數字化信息，是人類世界跟物理世界進行信息交互的重要橋梁。感知層的數據來源主要有兩種：一種就是主動采集生成信息，比如視覺相機、環境測量傳感器、全球衛星導航定位系統等，另一種是接受外部指令被動保存信息，比如RFID射頻識別技術、IC智能卡識別技術、二維碼標識技術等；

網絡層：主要功能就是網絡傳輸技術傳輸數據，將感知層采集的數據傳送到目的地。是將物連接入網的技術，其為設備接入網，通過這一網絡可以將物與互聯網打通，實現人與物、物與物之間的數據交互，大大增加了數據互通的邊界，更有利于通過大數據、云計算、AI深度學習等先進技術的應用來增加物理和人類世界的豐富度，主要的網絡技術有5G移動通信網絡、WIFI無線網絡、有線網絡；

應用層：物聯網數據處理的最終目的，其主要是將感知層收集來的數據進行處理，應用層架構主要組成部分：數據庫，業務處理和客戶端。物聯網數據處理和業務處理較為復雜，其會涉及到海量數據的整合和交互，處理技術主要包括：數據挖掘、人工智能、云計算、信息融合等。

3.2 BIM+IOT融合技術應用于路面養護管理

通過BIM-IOT數據融合技術對公路網及路面進行數字化管理，利用BIM技術建立多維化的道路數字基礎模型，通過IOT技術實時感知道路路面的性能狀況和環境情況。并以BIM技術為依托建立公路路面養護數據庫，建立道路基礎實施編碼標準和規范，實現數據存儲和交互的標準化，如圖2所示。

圖2 BIM+IOT應用

4 總結

BIM技術在建筑信息化領域的應用已經取得巨大的成就，為建筑的信息化設計、施工、運營提供了可靠的技術支撐。其在公路工程的應用已經有許多的高等院校、研究架構和高新技術企業進行了積極探索，特別是在橋梁和隧道工程中取得了成功的應用效果。本文基于BIM技術，闡述了在公路路面精準養護中的應用，其將有助于提升路面養護效率、降低養護成本、延長使用壽命周期。融入GIS技術、IOT物聯網技術、大數據云計算技術提升路面健康狀況科學的數據采集、分析、處理、預測和可視化。