基于BIM技術(shù)的智慧服務(wù)區(qū)一-張圖管理系統(tǒng)研究

王健 麥冬 陳濤 蘇聰

摘要：文章利用BIM可視化、參數(shù)化、信息化的特點(diǎn)，結(jié)合視頻監(jiān)控、AI圖像識別等技術(shù)手段，設(shè)計建立一張圖管理系統(tǒng)，助力高速公路服務(wù)區(qū)提高管理水平、提升服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)數(shù)字化管理、人性化沉浸式服務(wù)體驗需求。

關(guān)鍵詞：BIM；人工智能；事件檢測；一張圖管理

中圖分類號：U491.8A521754

0引言

高速公路建設(shè)的工作重點(diǎn)已逐漸由建設(shè)向運(yùn)維、管理和服務(wù)轉(zhuǎn)移。服務(wù)區(qū)作為高速公路的重要組成部分之一，是高速公路延伸產(chǎn)業(yè)的重要展示窗口和人流物流集散地，無論從規(guī)模、設(shè)施、功能還是服務(wù)質(zhì)量，高速公路服務(wù)區(qū)都越來越得到重視。同時，伴隨著云服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、人工智能、視頻監(jiān)控、大數(shù)據(jù)、BIM等新一代信息技術(shù)的更新發(fā)展，服務(wù)區(qū)管理建設(shè)對可視化、信息化和智慧化的需求與日俱增。

圍繞新服務(wù)區(qū)數(shù)字化、智慧化、人性化的發(fā)展需求，建設(shè)以人性化沉浸式服務(wù)體驗為目的，以BIM技術(shù)為核心界面，以智能監(jiān)控和AI圖像識別技術(shù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，以“萬物互聯(lián)”為管理方式，具有開放、穩(wěn)定、安全、可擴(kuò)展、可復(fù)制、數(shù)據(jù)展示直觀多樣等特性的一張圖管理系統(tǒng)，可以有效提升服務(wù)區(qū)的綠色高效、安全智能水平。

1BIM的概念及實現(xiàn)

1.1BIM的概念

BIM（Building Information Modeling），全稱為建筑信息模型，是指三維“可視化”的數(shù)字建筑模型，兼具物理特性與功能特性，其以建筑項目最初概念設(shè)計為出發(fā)點(diǎn)，以全生命周期一體化管理為特點(diǎn)，為工程項目在設(shè)計、施工、運(yùn)營、維護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行決策提供可靠的共享信息資源。

1.2BIM的作用

（1）設(shè)計階段。BIM能將工程項目建設(shè)中涉及的建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等內(nèi)容整合到一個共享的建筑信息型中，融合各專業(yè)都基于同一個模型進(jìn)行工作，使工程師可以更直觀地掌握和了解結(jié)構(gòu)與設(shè)備等沖突，實現(xiàn)設(shè)計施工一體化的目的［1］。

（2）施工階段。BIM可以同步質(zhì)量、進(jìn)度等信息，實現(xiàn)整個施工階段的可視化管理。

（3）運(yùn)營階段。為管理單位提供豐富的信息和極大便利。

（4）維護(hù)階段。管理單位可更加直觀地了解建筑物中每個設(shè)備的位置，運(yùn)用簡單的圖形操作，快速而精準(zhǔn)地定位報修設(shè)施設(shè)備所在的位置，同時提供如安裝日期、型號等參數(shù)信息。

BIM技術(shù)可以顯著縮短工程設(shè)計周期與施工時間，在協(xié)調(diào)方面也有其優(yōu)勢所在，顯著降低了建設(shè)成本，提高了整體收益。

1.3BIM的實現(xiàn)

常用的設(shè)計軟件主要有RevitRevit（建模）、Navisworks（碰撞檢測、施工模擬）、Rhino（異形設(shè)計）等，根據(jù)設(shè)計圖紙，逐步實現(xiàn)三維建模。還可利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)，逆向生成環(huán)境和建筑物的三維模型，后期通過專業(yè)三維軟件的精修調(diào)整，實現(xiàn)BIM模型的精準(zhǔn)建模［2］。

2當(dāng)前服務(wù)區(qū)存在的問題

目前服務(wù)區(qū)存在以下幾個不足之處：

（1）服務(wù)內(nèi)容無法滿足消費(fèi)者日益增長的多元化需求。目前我國絕大多數(shù)服務(wù)區(qū)的功能定位比較單一，僅用于解決加油、如廁、餐飲、休息等，未能充分考慮司乘人員的其他需求，如無人售賣、信息服務(wù)、休閑娛樂等［3］。

（2）服務(wù)質(zhì)量和水平未達(dá)到消費(fèi)者的期望。服務(wù)區(qū)的車流量逐年增高，當(dāng)服務(wù)區(qū)停放車輛的面積大于服務(wù)區(qū)的實際面積時，無序的指引會造成車輛進(jìn)出停放的混亂，導(dǎo)致司乘人員滿意度大大降低。同時由于缺乏環(huán)境檢測，廣場和廁所衛(wèi)生環(huán)境問題沒有得到及時處理，進(jìn)而影響服務(wù)區(qū)的整體形象。

（3）特殊車輛的監(jiān)控不足。現(xiàn)階段服務(wù)區(qū)危化品車輛主要靠人工監(jiān)測和現(xiàn)場指揮控制，這種方式容易造成遺漏，不利于安全防范。同時缺乏對應(yīng)危化品車輛的信息存儲記錄和分析及有效的預(yù)警手段。

3使用BIM實現(xiàn)一張圖管理

為解決上述問題，同時滿足服務(wù)區(qū)對于專業(yè)化、信息化、節(jié)能環(huán)保的管理需求，基于BIM技術(shù)構(gòu)建一張圖管理系統(tǒng)。

本系統(tǒng)以解決服務(wù)區(qū)日常管理要求和公眾服務(wù)為核心，集成了BIM、人工智能、視頻監(jiān)控、圖像識別、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，使服務(wù)區(qū)管理更加有序、高效。

3.1BIM技術(shù)的引入

通過BIM技術(shù)，將服務(wù)區(qū)主要服務(wù)場所及控制設(shè)備整體以三維模型（圖1）的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)各區(qū)域和設(shè)備的可視化管控以及對司乘人員的信息引導(dǎo)，提升服務(wù)區(qū)的管理水平和

BIM在瀏覽器上的實現(xiàn)主要依靠以下技術(shù)：

3.1.1Html5和Java Script技術(shù)

HTML5是Web中核心語言HTML的規(guī)范，其實現(xiàn)了跨平臺，增強(qiáng)了多媒體展現(xiàn)的能力，能更好地適應(yīng)移動端設(shè)備。

Java Script是一種基于對象和事件驅(qū)動的解釋性語言，支持跨平臺，簡單易用。Java Script依賴于瀏覽器本身，其編寫的程序不必在運(yùn)行前進(jìn)行編譯，即可直接寫入Web頁面中并由調(diào)用其瀏覽器來解釋執(zhí)行。

3.1.2Open GL和Web GL技術(shù)

Open GL是一套最常用的跨平臺圖形庫，Web GL是基于Open GL設(shè)計的面向web頁面的底層圖形標(biāo)準(zhǔn)，其提供了一系列Java Script 接口，這些接口通過利用硬件加速進(jìn)行圖形渲染從而獲得了較高的性能。Web GL 的渲染基于 Html5 的Canvas 元素來實現(xiàn)，通過Web GL技術(shù)，能在網(wǎng)頁中繪制高性能的三維圖形。

3.1.3Three JS技術(shù)

Web GL是一個底層的標(biāo)準(zhǔn)，Chrome、Firefox等現(xiàn)代瀏覽器都實現(xiàn)了基于這個底層的標(biāo)準(zhǔn)，之后通過Java Script代碼就可以實現(xiàn)三維圖形的渲染。Three JS再次封裝了底層的圖形接口，極大地簡化了三維圖形的實現(xiàn)過程，使三維場景更容易被實現(xiàn)。依靠Three JS實現(xiàn)了BIM在瀏覽器上的應(yīng)用。

3.2管理系統(tǒng)構(gòu)建

3.2.1系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

（1）系統(tǒng)對收集的基礎(chǔ)信息（如危化品車輛信息、車流信息、監(jiān)控信息等）和路況信息（交通流量數(shù)據(jù)、交通事件信息等）進(jìn)行建模分析和深度學(xué)習(xí)。

（2）通過智能分析，正確識別大貨車、小客車、“兩客一危”等車型。利用智能車輛策略引導(dǎo)技術(shù)、可變信息情報板技術(shù)、消息推送技術(shù)等，從車型（含危化品車輛）識別、進(jìn)區(qū)引導(dǎo)、車位識別、車位管理、車位占用情況等方面進(jìn)行科學(xué)規(guī)范管理，有效提升服務(wù)區(qū)內(nèi)車輛的進(jìn)出效率。

（3）實現(xiàn)對服務(wù)區(qū)內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)控，便于服務(wù)區(qū)管理人員及時了解當(dāng)前服務(wù)區(qū)內(nèi)的環(huán)境變化，防范潛在的安全隱患。

（4）通過對服務(wù)區(qū)內(nèi)各硬件設(shè)備安裝物聯(lián)網(wǎng)控制器，使用統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信連接，實現(xiàn)設(shè)備智能化管理。服務(wù)區(qū)管理人員通過相應(yīng)的BIM可視界面即可便捷查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并實現(xiàn)對指定設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。

3.2.2子系統(tǒng)模塊（圖2）

3.2.2.1智能停車引導(dǎo)

通過人工智能圖像識別、車型識別與卡口相機(jī)采集的車牌數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，綁定車牌與車型數(shù)據(jù)，分發(fā)引導(dǎo)信息至服務(wù)區(qū)內(nèi)各情報板，有效引導(dǎo)每輛進(jìn)入服務(wù)區(qū)的車輛停放至指定位置。

服務(wù)區(qū)各車位信息由智能識別模塊將信息傳送至中央控制模塊，再由中央控制模塊對信息進(jìn)行分析處理，將分析結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，同時分發(fā)至信息發(fā)布模塊、引導(dǎo)服務(wù)模塊，為車輛引導(dǎo)策略模塊提供技術(shù)支持。

對主要通道、消防通道進(jìn)行在線電子圍欄布防，識別超過時間的閾值車輛，自動推送預(yù)警消息至管理人員手機(jī)中，使管理人員能夠及時監(jiān)控服務(wù)區(qū)內(nèi)的各種異常情況。

管理人員通過服務(wù)區(qū)的BIM模型界面，實時查看各車位、不同類型車輛的停放情況，結(jié)合現(xiàn)場視頻，實現(xiàn)即時管控。

3.2.2.2危化品車監(jiān)控引導(dǎo)

通過人工智能圖像識別、車型識別、卡口相機(jī)車牌數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，快捷地識別危化品車輛的信息，并通過服務(wù)區(qū)危化品車輛引導(dǎo)模塊，在標(biāo)志牌上針對危化品車輛即時進(jìn)行有效引導(dǎo)、停放、管理、預(yù)警等自動化操作，實時統(tǒng)計服務(wù)區(qū)內(nèi)的危化品車輛數(shù)量及停靠時間。

除危化品車輛的進(jìn)入信息外，還需對在途危化品車輛狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測和監(jiān)管，將離開服務(wù)區(qū)的危化品車輛信息與監(jiān)管平臺聯(lián)動，實現(xiàn)多層次專業(yè)性監(jiān)管與輔助，保證監(jiān)管部門完整把控危化品車輛的相關(guān)動態(tài)信息。

3.2.2.3車輛數(shù)據(jù)分析

服務(wù)區(qū)進(jìn)出口部署卡口相機(jī)的車牌、車輛數(shù)據(jù)。通過智能計算可以實現(xiàn)如下功能：

（1）計算卡口通行車輛的時間數(shù)據(jù)。統(tǒng)計大車及小車的通行時間，采用加權(quán)平均算法計算路段平均通行時間。針對路段擁堵情況，情報板在司乘人員進(jìn)入該路段前能及時做出精準(zhǔn)信息提醒。

（2）車輛逃費(fèi)檢測。路段間車輛進(jìn)出信息丟失、長時間不具備進(jìn)出數(shù)據(jù)、僅有進(jìn)卡口數(shù)據(jù)或者僅有出卡口數(shù)據(jù)，則認(rèn)為該車輛有可能存在逃費(fèi)情況，可進(jìn)一步通過該車輛信息與打逃系統(tǒng)協(xié)作，聯(lián)合打逃。

（3）車流量統(tǒng)計。根據(jù)各個卡口的車輛數(shù)據(jù)乘以路段長度的總和除以全路段總長度，即可計算全路段的車流量值。

管理人員在BIM系統(tǒng)界面中點(diǎn)擊卡口相機(jī)模型，可彈出上述內(nèi)容的詳細(xì)信息。

3.2.2.4區(qū)域事件分析管理

通過人工智能識別技術(shù)，監(jiān)控服務(wù)區(qū)廣場內(nèi)人行通道、行車通道、禁停區(qū)域、危險區(qū)域等關(guān)鍵區(qū)域。當(dāng)發(fā)生人行通道有車輛違規(guī)停放、行車通道有人員停留時間過長、禁停區(qū)域存在車輛違規(guī)停放、危險區(qū)域存在人員或車輛停留等事件時，通過服務(wù)區(qū)內(nèi)的廣播系統(tǒng)智能播放對應(yīng)警示通知，同時發(fā)送短信將事件推送至對應(yīng)的管理人員，便于其核實現(xiàn)場實際情況，通過人機(jī)協(xié)同，規(guī)避危險。

3.2.2.5廣場燈光智能控制

在服務(wù)區(qū)立柱上安裝對應(yīng)的光敏傳感器、溫度傳感器及相應(yīng)的控制電路，通過軟件程序設(shè)置，實現(xiàn)不同的天氣、光照等情況下智能控制廣場內(nèi)照明補(bǔ)光燈。通過人工智能識別技術(shù)，可根據(jù)區(qū)域內(nèi)的停車情況實現(xiàn)針對性的燈光控制，如有車輛停放的區(qū)域打開對應(yīng)的照明燈，未有車輛停放的區(qū)域關(guān)閉照明燈，達(dá)到綠色節(jié)能的目的。

系統(tǒng)在BIM模型上增加白天和黑夜的環(huán)境設(shè)置，隨著時間推進(jìn)，夜間的實時顯示效果更為直觀。

3.2.2.6加油站安全隱患檢測管理

在加油站周邊安裝攝像機(jī)監(jiān)控卸油區(qū)、加油區(qū)等區(qū)域以及在合適的位置安裝紅外熱感、煙霧等傳感器，配合人工智能識別技術(shù)，監(jiān)控加油站區(qū)域的危險事件，檢測安全隱患，避免發(fā)生安全事故。

3.2.2.7情報板智能消息發(fā)布

情報板信息發(fā)布系統(tǒng)，底層適配市場主流的情報板廠家，在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，通過控制中臺的簡單配置，實現(xiàn)內(nèi)容自定義推送，滿足疫情防控及節(jié)假日宣傳需要，同時也實現(xiàn)了廣告智能輪播。

點(diǎn)擊BIM主界面上各情報板模型，即可對該情報板進(jìn)行內(nèi)容編輯和推送。

3.2.2.8氣象及環(huán)境監(jiān)控

利用提供能見度、溫度、濕度、噪聲、氣壓、風(fēng)速、降雨、PM 2.5/PM 10等數(shù)據(jù)的各種氣象傳感器，全天候采集服務(wù)區(qū)當(dāng)前的氣象數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，將氣象數(shù)據(jù)上傳至中心服務(wù)器。系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前氣象情況推送相應(yīng)的信息至服務(wù)區(qū)對應(yīng)的信息情報板，提醒司乘人員針對氣象情況采取相應(yīng)的個人防護(hù)措施。

選擇環(huán)境模塊，系統(tǒng)將在BIM模型上高亮所有傳感器位置，用戶點(diǎn)擊各不同傳感器，可查看當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)及其提供的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。

3.2.2.9機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

通過智慧電箱的部署，實現(xiàn)以下目的：

（1）監(jiān)測桿件范圍內(nèi)每條電路的電流、電壓、溫度、剩余電流（漏電電流），提供設(shè)備運(yùn)行基礎(chǔ)狀態(tài)信息。

（2）支持重合閘功能，當(dāng)遠(yuǎn)程空氣開關(guān)因各種原因（漏電、雷擊）導(dǎo)致跳閘斷開時，提供遠(yuǎn)程重合閘功能。同時亦提供遠(yuǎn)程分閘功能，由此可有效降低機(jī)電設(shè)備維護(hù)的成本。

（3）設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)控，除通過用電狀態(tài)監(jiān)控設(shè)備，亦可通過RS232/RS485、TCP/IP等不同協(xié)議，監(jiān)控相應(yīng)設(shè)備的心跳數(shù)據(jù)。實時掌握監(jiān)控范圍內(nèi)各種設(shè)備健康大數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)可視化分析，為服務(wù)區(qū)機(jī)電維護(hù)維修、零部件更換策略等提供科學(xué)翔實的數(shù)據(jù)依據(jù)。

管理人員通過在服務(wù)區(qū)BIM模型上查找各智慧電箱的位置，點(diǎn)擊任意一個電箱即可實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的查閱及對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

3.2.2.10客流統(tǒng)計分析管理

客流統(tǒng)計是一項重要的商業(yè)市場研究手段，能夠為服務(wù)區(qū)的運(yùn)營決策和綜合管理提供準(zhǔn)確及時的數(shù)據(jù)參考。

根據(jù)AI目標(biāo)識別結(jié)合目標(biāo)跟蹤的客流量算法，精準(zhǔn)到每秒鐘的客流量，可根據(jù)原始數(shù)據(jù)采用不同的時間顆粒度，從分、時、天到周、月、季、年，統(tǒng)計不同時段內(nèi)的客流量分析數(shù)據(jù)。結(jié)合恒溫黑體，亦可針對服務(wù)區(qū)的進(jìn)出客流進(jìn)行常態(tài)化體溫監(jiān)控，實時監(jiān)控體溫數(shù)據(jù)，及時預(yù)警。

3.2.2.11紅外熱成像監(jiān)控

將熱成像體溫檢測儀設(shè)備放置在服務(wù)區(qū)綜合樓的進(jìn)口，運(yùn)用紅外測溫原理，通過把溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字和圖像，能快速、準(zhǔn)確地對進(jìn)入服務(wù)區(qū)大廳的當(dāng)事人及工作人員進(jìn)行體溫測量。相比傳統(tǒng)的手持測溫儀，熱成像體溫檢測儀測溫精確度更高，檢測速度更快，安保人員只需坐在電腦前就能觀測進(jìn)出人員的體溫情況，有效減少交叉感染的可能性。

3.2.2.12智慧公廁

傳統(tǒng)廁所普遍存在治理難的情況，衛(wèi)生環(huán)境差、 數(shù)量少、管理弱一直是大眾反映最強(qiáng)烈的問題。智慧公廁系統(tǒng)結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、網(wǎng)絡(luò)傳輸、傳感器等技術(shù)，使傳統(tǒng)廁所具備即時感知、準(zhǔn)確判斷和精確執(zhí)行的能力，實現(xiàn)了對公共廁所的精細(xì)化管理。見圖3。

點(diǎn)擊智慧公廁區(qū)域，系統(tǒng)視角將自動切換至廁所BIM模型界面，公眾可知廁位的使用信息統(tǒng)計及廁位占用狀態(tài)。

4結(jié)語

為實現(xiàn)高速公路服務(wù)區(qū)智能化、信息化管理，本文以服務(wù)區(qū)為主體，運(yùn)用BIM技術(shù)與硬件設(shè)備相結(jié)合，打破傳統(tǒng)信息管理系統(tǒng)的運(yùn)行模式，重新構(gòu)建一張圖管理體系，滿足公眾和管理人員對服務(wù)區(qū)信息化、可視化、智慧化的升級需求，有效助力高速公路服務(wù)區(qū)提高管理水平，提升服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)數(shù)字化管理、人性化沉浸式服務(wù)體驗需求，對提高服務(wù)區(qū)運(yùn)維管理具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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基金項目：廣西重點(diǎn)研發(fā)計劃“智慧高速車路一體技術(shù)研究與示范項目”（編號：桂科AB21196008）

作者簡介：王健（1981—），工程師；研究方向：軟件研發(fā)、系統(tǒng)架構(gòu)。