基于BIM的高速公路信息化養護管理

李德鳴

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅蘭州 730030）

0 引言

高速公路是承載社會經濟發展的大動脈，其運行安全性關乎百姓的出行安全及社會的安定和諧，因此，高速公路的養護管理工作至關重要。隨著近幾年我國建設發展速度的不斷加快，人們對其養護管理的質量和水平也提出更高要求。在現代信息技術普及應用的背景下，將BIM 技術應用到高速公路養護管理中，推動相關工作信息化、智能化發展，已成為當下高速公路養護管理創新發展的必然趨勢。

因此，了解高速公路養護管理的現狀，明確BIM技術融合應用的必要性與可行性，并對基于BIM 的高速公路信息化養護管理模式進行分析探討是非常必要的，對全面提升高速公路養護管理水平具有積極的現實意義。

1 高速公路養護管理現狀

1.1 高速公路養護管理特點

現階段我國高速公路養護管理工作主要有以下幾個特點：

一是養護管理工作體量大，且總體的養護管理工作量及養護管理成本呈逐年遞增趨勢，使得養護管理的工作難度不斷增加。如何進一步優化養護管理決策體系，實現養護管理工作提質增效，全面提升養護管理資源的利用率，已成為亟須解決的問題。

二是日常養護管理工作主要集中在壞舊道路設施更換、路面病害修補處理等方面，仍屬于消極防御型養護，養護管理工作相對被動，缺乏主動預判和消除問題隱患的意識和能力。對于路面病害狀況的評估和養護，在管理決策的制定上仍以“經驗法”為主，評估的準確性和決策的科學性受養護管理人員專業素養、主觀意識及工作經驗的影響較大，難以保證養護管理的質量和效率。

三是養護信息的管理模式相對落后。養護管理過程中，信息的記錄和傳遞多采用二維圖紙、養護管理記錄等紙質資料的形式，不僅容易丟失、損壞，而且信息的傳遞效率較低。

同時，由于缺乏統一的養護管理協同工作平臺，各部門多為獨立運作，部門間的溝通交流較少，存在較為明顯的“信息孤島”現象，從而影響養護管理工作的時效性[1]。

1.2 BIM 技術在高速公路養護管理中的應用現狀

隨著技術完善性和成熟度的不斷提升，BIM 技術的應用愈發廣泛。從現階段實際情況來看，國內對于BIM 技術的應用主要集中在房建工程領域，而公路行業對于BIM 技術的應用多集中在公路橋梁的設計和施工階段，在運維階段則少有應用。目前，僅有北京、上海、江蘇、浙江等地區的一些重要高速公路養護工程項目中進行了BIM 技術的示范性融合應用。可見，現階段我國高速公路養護管理部門（單位）對于BIM技術在養護中的應用價值的認知還有待提高，需要系統性、深入性的研究。

根據權威部門對現階段高速公路養護管理中BIM技術應用情況的調研分析可以看出，養護管理單位對于BIM 技術的應用還主要集中在道路檢測、3D 可視化功能應用、模型構建等方面，而基于BIM 技術進行高速公路養護信息一體化管理平臺構建、養護決策智能化分析、養護管理效果智能化評估、應急管理預案模擬分析則比較少見。

由此可見，目前BIM 技術在我國高速公路養護行業中的應用深度和廣度還遠遠不夠，需要進一步加強此方面的研究和實踐[2]。

2 BIM 在高速公路養護管理中的應用必要性與可行性

2.1 必要性分析

養護管理期是高速公路全壽命周期中最長、最重要的階段。此階段的工作質量對于高速公路的使用壽命和安全性具有決定性的影響，因此工作過程中需要最大限度地保證養護管理決策和措施的科學性。這就需要養護管理單位全面收集高速公路從規劃設計到施工建設再到竣工整個過程中產生的各類數據信息，以此為科學制定養護管理決策和措施提供充分、可靠的資料依據。

通過在建筑領域的應用情況可以看出，BIM 技術的應用能夠在項目建設過程中為設計、建設、施工等參建主體提供一個良好的數據信息傳遞、共享平臺，使各方數據資料得到統籌管理，從而有效保證項目資料的完整性和統一性。

由此可見，在高速公路設計、施工階段引入BIM技術并將其延伸應用到養護管理階段是非常必要的，一方面能夠保證高速公路技術資料和數據信息獲取的全面性，另一方面可由建設階段構建的BIM 模型直接轉化生成養護管理基礎模型，從而為養護管理決策和措施的科學制定提供強有力的支持，使高速公路的養護管理質量和效率得到大幅度提升[3]。

2.2 可行性分析

現代信息技術的快速發展及BIM 技術在建筑行業的普及應用，大幅度提升BIM 技術在高速公路養護管理中的應用可行性，為二者的完美融合奠定堅實基礎。例如，在現代信息技術發展方面，物聯網、大數據、傳感器、5G 通信等信息技術的發展為BIM 技術在高速公路養護管理中的應用提供有力技術支撐，基于上述信息技術，可通過車載掃描儀或無人機搭載檢測儀器的方式，對高速公路進行更高效的巡檢；可通過在關鍵節點或設施上安裝電子傳感器的方式進行數據信息的實時采集；可通過無線通信設備實現各類數據信息的高速傳輸，從而為BIM 參數模型的構建、管理決策的智能化分析等功能的實現提供支撐[4]。

3 基于BIM 技術的高速公路信息化養護管理模式

3.1 基于BIM 技術采集養護管理數據

數據信息采集是開展高速公路養護管理工作的首要環節，數據信息采集的全面性、準確性與及時性，對于養護管理工作的質量和效率具有十分顯著的影響。傳統的養護管理模式中，由于設備、技術、采集方式相對落后，使得數據信息采集的質量和時效無法得到有效保障，從而影響高速公路的養護管理質量。如今，通過BIM 技術的融合應用，可有效解決上述問題，全面提升養護管理數據的采集能力。

一是通過GPS、GIS、陀螺儀、高清數字攝影攝像等信息技術的整合，構建養護管理數據移動采集終端，通過移動（車載或無人機載）激光全息掃描的方式，快速獲取高速公路的高精度激光點云數據以及高清數碼照片，以此實現養護管理現場地理空間數據信息及環境實景信息的快速采集，全面收集高速公路全線路況、沿線構筑物及設備的相關數據信息，為養護管理工作的開展奠定良好基礎。

二是基于無線通信技術，將前端采集的數據信息實時回傳至BIM 平臺中，以此實現高速公路三維地理空間參數信息、實景信息與BIM 內部資料信息的整合，形成完整、詳細的養護管理數據信息庫。與此同時，利用車載Li-DAR 設備、高清影像采集設備、慣導設備對公路路面信息進行系統采集，并整合到養護管理數據信息庫中。

養護管理過程中，利用計算機技術對上述數據信息庫中的各類數據信息進行計算分析，便可得到養護區域路面平整度（IRI）、車轍深度指數（RDI）等路況信息數據和參數指標，將計算結果與規范標準進行比對，便可準確識別路面病害問題、評估路面安全性，從而為路面養護管理工作的開展提供科學依據。

3.2 基于BIM 技術構建養護管理模型

基于BIM 技術構建立體化的養護管理模型，可幫助養護管理單位更加直觀地了解高速公路現狀，更加快捷地確定病害位置、制訂養護管理方案。

一是在養護管理階段應用BIM 技術，可直接對公路設計、施工階段構建的BIM 三維建筑模型進行轉化，獲得包含公路結構劃分、平面、縱橫面、構造物、交通附屬設施等眾多建設參數信息的養護管理模型，通過系統操作，養護管理人員便可完成高速公路各項屬性信息的可視化查詢，從而為養護管理工作的高效化開展奠定良好基礎。

二是養護管理過程中，工作人員可將BIM 養護管理可視化模型與養護管理數據信息庫相關聯。此時，養護管理數據移動采集終端獲取的道路數據信息會實時更新到BIM 模型中，養護人員通過操作BIM 模型，便可實現病害的全方位查找分析，在基礎上再結合BIM 模型提供的詳細參數信息，快速完成病害評估和養護方案制定。

3.3 基于BIM 技術進行日常巡檢監測

日常巡檢監測是高速公路養護管理工作的重要內容。傳統的養護管理模式下，日常巡檢監測工作普遍存在工作強度大、效率低、識別能力不足的問題，無法充分發揮此項工作的作用，影響高速公路養護管理效果。而BIM 技術的應用則可顯著提升日常巡檢監測工作的質量和效率。

一是養護人員在巡檢過程中，可隨時利用移動終端設備調取、查看BIM 養護管理模型，了解當前路段的道路結構信息和養護維修歷史記錄，從而明確巡檢監測的重點，使工作更具針對性和實效性。

二是巡檢過程中，養護人員可利用移動終端設備對現場信息、病害信息進行采集，并及時上傳至信息化養護管理平臺。后方技術人員在收到前端信息后，可調取對應的BIM 模型對病害位置、類型、嚴重程度進行科學分析，同時，將前端采集數據與BIM 養護管理數據庫中的標準數據參數進行對比，以此對病害形成更準確的判斷，制訂出更合理的養護維修方案。而前端巡檢人員此時可通過移動終端設備獲取后方提供的養護維修方案，并結合BIM 模型明確工作細節和要點，從而提升巡檢養護工作的效率和質量。

三是高速公路建設過程中，可在重要結構、節點、設備、構筑物中安裝電子傳感器，利用傳感器對特定參數指標進行實時的采集監測。同時，利用GIS 技術獲取每個傳感器的位置坐標，利用IoT 技術將傳感器對BIM 平臺連接，使每個傳感器的位置坐標同步到BIM 養護管理模型中。此時，若某個傳感器的監測數值超出標準限值（即存在故障風險或安全風險），BIM模型中該傳感器所在位置（坐標點）便會出現提示信息。養護管理人員可根據信息快速到達故障現場進行檢查、維修，從而大大提升養護管理的效率[5]。

3.4 基于BIM 技術開展養護決策分析

養護管理決策的科學性，是影響高速公路養護管理效率、質量、成本的重要因素。傳統的養護管理模式中，人們在制定養護管理決策時，更多地依賴于養護人員的專業能力和工作經驗，存在較為明顯的主觀因素干擾。而基于BIM 技術開發的道路養護決策系統的應用，則可有效減少人為因素、主觀因素對養護管理決策的干擾，最大限度地保證高速公路養護管理決策的科學性。

該系統的技術優勢主要體現在兩個方面：

一是系統中設立不同評價單元的損壞狀況批量導入功能，該功能與BIM 養護管理數據庫相連接，可根據使用者需求，從BIM 養護管理數據庫中提取采集、儲存的病害數據信息，然后利用大數據分析技術、人工智能技術，結合《公路技術狀況評定標準》（JTG 5210—2018）中的標準，智能分析、計算公路當前的技術狀況分值，并提供病害評估、修正參考等功能，幫助養護技術人員做出最合理的養護管理決策。

二是該系統能夠根據高速公路年度養護管理資金預算，依據經濟效益最大化的原則，通過凈現值、線性規劃法、收益率等經濟分析方法，智能編制出養護管理資金利用率最高的養護資金分配方案，并基于該方案和養護人員設定的養護決策編制規則，自動生成與之配套的養護工程計劃、維修預算計劃等。相較于傳統的養護管理決策編制方式，上述以BIM、大數據、人工智能為技術支撐的現代化編制方式，不僅效率更高，而且決策內容均是基于大量可靠數據的分析計算所形成的，更具有科學性。

4 結語

綜上所述，隨著現代信息技術的快速發展和普及應用，BIM 技術在高速公路養護管理中的融合應用，已成為高速公路養護管理工作現代化發展的必然趨勢。在此背景下，養護管理單位應深刻認識BIM 技術在高速公路養護管理中的應用必要性和可行性，掌握基于BIM 技術進行養護管理數據采集、養護管理模型構建、日常巡檢監測、養護決策分析制定的方法，充分利用BIM 技術的優勢，提升高速公路養護管理的質量和水平。