BIM智能建造技術在高速服務區的設計與應用

王貴海 任偉 張多 王墨含 張功蕾 趙菲菲

摘要 文章提出基于高速公路服務區的智慧化、零碳化方面的設計，結合BIM智能建造技術開展快速部署工作。以棗菏高速金鄉服務區為實際建設案例建設綜合管理平臺，分項系統包含有海綿服務區、視頻AI算法分析、光熱一體化建設、中水處理再利用、智能配用電管理、固廢處理等系統，通過采用智能建造方法應用，使服務區智慧化建設在20 d內完成，綜合管理平臺在10 d內全部上線運行。

關鍵詞 智慧服務區；服務區智能化設計；智能建造技術

中圖分類號 U495文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0114-03

0 引言

高速服務區是高速公路上重要的基礎設施，內部包含加油/氣、汽修、餐飲、購物、旅游、休息等服務。服務區常建設在遠離村鎮的位置，獲取水電資源成本較高，能源供給可靠性差，安全管控能力不高，車輛和人員的管理手段少，營收方法單一。為了提升服務區的運維管理效率以及方便旅客的使用體驗，服務區的智慧化建設變得非常重要。為了滿足運營單位的使用要求，進一步完善旅客出行的高效便捷，該設計結合服務區主要特點和管理需求內容，通過模擬使用效果和最終成效，形成高速服務區智慧化、綠色零碳化的技術方案。在實施過程中大量采用智能建造技術，減少了施工周期和服務區封閉時間。通過實際項目的研究，實例分析智慧化和零碳化的效果，智能建造技術的應用。

1 高速服務區智慧系統的基本概念

高速服務區智慧系統是指利用信息技術手段，對服務區內的車輛、旅客、設施等進行智能化管理，使服務區能夠更加安全、高效運行，解決運營方透明化管理的使用要求，提高了能源的利用率，細化設施管理的顆粒度，讓服務區得到可持續化發展。高速公路智慧化服務區智能系統技術特征，包括智能化、信息化、網絡化、安全性和綠色低碳性5個方面。通過采用私有云、工業互聯網、物聯網、人工智能等技術，實現服務區的智慧化運行和數據實時共享。此外，還強調了服務區應實現能源自給，促進綠色低碳可持續發展[1]。

2 高速服務區智慧化、零碳化建設

2.1 建設要點

中國能建裝備板塊業務是公司完整業務鏈條中的關鍵環節，涵蓋了機械設備、電氣設備、線路器材和金屬結構制作與加工等多個領域。近年來，裝備板塊在數字化轉型方面成績斐然，成為行業內佼佼者。通過引入三維設計、智能制造和智能運維等先進技術，裝備板塊不斷優化業務流程，提升產品質量與安全性。

裝備板塊的業務邏輯遵循需求分析、智能設計、智能制造、智能施工和智能運維這一閉環過程。其中，需求分析是精準把握客戶需求的關鍵環節；智能設計通過BIM技術實現裝備制造的智能化和精細化；智能制造則將設計方案轉化為實際產品；智能施工確保項目高效、安全、高質量地完成；智能運維則在整個裝備生命周期內對其進行持續監測與優化。在裝備板塊的應用體系中，全生命周期應用覆蓋規劃設計、生產制造、施工和運行維護等多個環節。在設計階段，首先要進行需求分析，明確客戶需求；接著創建組件族庫和設備族庫，為后續設計提供基礎支持；最后對裝備設備進行建模，實現設計方案的數字化呈現。在制造階段，裝備板塊借助組件拆解加工、組件虛擬組裝、組件制造指導和智能制造等技術，確保產品質量和生產效率。在施工階段，通過施工計劃制訂、施工過程管理、施工質量控制、施工安全和施工成本控制等手段，保證項目順利推進。在運維階段，裝備板塊運用設備監測與診斷、設備性能優化、能源管理、維護與保養、安全管理等方法，對裝備進行持續運維，確保其安全可靠運行。同時，通過數據分析與決策支持，為公司提供有關裝備板塊業務優化的重要依據。

總之，中國能建裝備板塊業務在全生命周期應用中，通過數字化轉型取得了顯著成果。未來，隨著技術的不斷發展和市場需求的日益多樣化，裝備板塊將繼續發揮重要作用，助力公司業務發展。

2.2 建設意義

高速服務區智慧化、零碳化建設具有重要的意義。首先，智慧化、零碳化建設有助于提高服務區的運營效率。通過引入人工智能、物聯網、大數據等先進技術，實現對服務區的智能化管理，可以有效提升服務區的運營效率，減少人力成本，同時提高服務質量和客戶滿意度。其次，智慧化、零碳化建設有助于實現綠色可持續發展。通過采用清潔能源、節能設備、智能控制系統等手段，降低服務區的能源消耗和碳排放，實現零碳運營，有利于環境保護和資源節約，符合我國綠色發展理念。再次，智慧化、零碳化建設有助于提升高速服務區的品牌形象。作為高速公路的重要配套設施，高速服務區通過智慧化、零碳化建設，可以展示出企業對環保、社會責任的重視，提升企業的品牌形象和市場競爭力。最后，智慧化、零碳化建設有助于推動我國交通基礎設施的現代化。隨著我國高速公路建設事業的快速發展，高速服務區的智慧化、零碳化建設將成為必然趨勢。通過推動智慧化、零碳化建設，有助于加快我國交通基礎設施的現代化進程，為我國經濟社會發展創造更好的條件。

總之，高速服務區智慧化、零碳化建設具有重要的意義。通過實現服務區的智能化、綠色化運營，不僅能夠提高服務區的運營效率和客戶滿意度，還有助于推動我國交通基礎設施的現代化，實現綠色可持續發展。

2.3 建設原則

隨著我國高速公路建設事業的快速發展，高速服務區作為高速公路的重要配套設施，其功能和需求也在不斷升級。智慧化、零碳化建設作為一種新興的建設模式，對提高服務區的運營效率、實現綠色可持續發展具有重要意義。在實施高速服務區智慧化、零碳化建設過程中，需要遵循以下原則：

2.3.1 統籌規劃，整體布局

在智慧化、零碳化建設過程中，要進行全面規劃，從整體上布局服務區各項設施，確保各個環節的協調和高效運作。要結合服務區的地理位置、交通流量、服務需求等因素，進行科學合理的規劃和設計。

2.3.2 綠色環保，可持續發展

智慧化、零碳化建設要注重環境保護和資源節約，采用清潔能源、節能設備、智能控制系統等手段，降低服務區的能源消耗和碳排放，實現零碳運營。同時，要關注服務區廢棄物的處理和回收利用，減少環境污染。

2.3.3 以人為本，提升服務

智慧化、零碳化建設要關注客戶需求，提升服務水平。借助人工智能、物聯網、大數據等技術，實現對服務區的智能化管理，提高服務質量和客戶滿意度。同時，要關注服務區人員的培訓和素質提升，為顧客提供更優質的服務。

2.3.4 科技創新，引領發展

智慧化、零碳化建設要緊跟科技發展步伐，引入先進的理念和技術，實現服務區的現代化建設。要不斷研究和應用新技術，提高服務區的智能化和綠色化水平，為我國交通基礎設施的現代化進程貢獻力量。

2.3.5 合作共贏，協同推進

智慧化、零碳化建設需要各方共同努力，形成政府、企業、科研機構等多方共同參與的合作機制，共同推進服務區智慧化、零碳化建設。要加強各方的溝通和協作，形成合力，確保建設項目的順利實施。

總之，實施高速服務區智慧化、零碳化建設，要遵循統籌規劃、綠色環保、以人為本、科技創新和合作共贏等原則，以實現服務區的智能化、綠色化運營，提高服務質量和客戶滿意度，推動我國交通基礎設施的現代化進程[2]。

2.4 建設內容

以全方位資源循環利用的建設思路，實現服務區智慧化零碳管控目標，功能模塊包括：服務區全域AI識別系統、智慧停車系統、無人超市系統、智慧廁所與全熱交換新風系統、光伏光熱一體化系統、固廢處理系統、一體化水處理系統、無人機巡檢系統、智慧燈桿與服務區廣播系統、周界侵限安全防護系統等，使服務區綠色能源利用得到充分體現，如圖1所示。

2.4.1 服務區全域AI識別系統

針對特定區域攝像頭部署AI識別算法，根據拍攝畫面、圖像等信息，識別地點、物體和人員活動。金鄉服務區室內外布置各類型攝像機實現全方位視頻覆蓋，使用AI圖像識別技術，實現對服務區全境內的人臉識別、人員聚集檢測、煙火監測、客流量統計、加油站卸油操作流程檢測、出入口車輛檢測、車輛違停檢測、餐飲區垃圾溢滿監測。

2.4.2 智慧停車系統

對停車場采用攝像機視頻AI方式實現超長停車位、大車停車位、客車停車位、小車停車位、新能源停車位的占用識別，同時在車位引導屏實時顯示停車場內的車位占用情況、服務區客流飽和度等信息，實現引導車輛進入空余車位的功能，提升智慧化交通管理水平。

2.4.3 無人超市系統

在服務區室內配備了智能門禁、智能監控軟件、智能語音系統、智能燈控系統、自助收銀機、速通閘機等軟硬件設備，可以實現完全無人值守、24小時營業，可供夜間到訪旅客購物，為旅客提供最大便捷，也能為消費者提供全新的購物體驗。

2.4.4 智慧廁所與全熱交換新風系統

智慧廁所建設包含電子顯示屏、溫濕度傳感器、氣體傳感器、廁位占用感應傳感器等，可以顯示廁位平面圖、廁位實時占用情況、客流統計傳感器監測如廁人流數量。智慧廁所系統聯動新風系統，根據預設閾值自動運行，達到除臭和清新空氣的目的。

2.4.5 光伏光熱一體化系統

綜合樓屋頂建設26kw光熱一體化組件，能夠將光伏組件產生的廢熱有效地利用起來，既可以降低光伏電池的溫度，提高發電效率，又可以利用廢熱能源提供生活熱水，提高系統的綜合能效。

2.4.6 固廢處理系統

服務區內建設了采用有機垃圾處理工藝流程的有機垃圾資源化處理站，使用微生物好氧發酵等關鍵技術實現餐廚垃圾來于田還于田的生態循環。

2.4.7 一體化水處理系統

服務區配備分離式污水處理設備，系統可以實現自動調節加藥量、監測藥箱液位，實現污水達標排放；同時，使用中水進行噴淋和滴灌，實現服務區節水高效、精準可控的植被灌溉效果。將循環利用理念與服務區建設有機結合，使金鄉服務區建設成公路海綿服務區，因地制宜使用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術措施，實現水資源循環再利用的目的。

2.4.8 無人機巡檢系統

采用油電混動無人機，控制系統設定路域光伏巡檢線路，按照巡檢任務，飛手放飛無人機后可自動巡檢20 km范圍內的光伏發電區域，巡檢完成后連接服務端軟件，自動生產巡檢報表，定位故障位置。

2.4.9 智慧燈桿與服務區廣播系統

智慧燈桿包含信息發布屏、廣播、監控等功能，綜合管理系統可通過信息發布屏展示服務區信息及當地旅游宣傳信息。

2.4.10 周界侵限安全防護系統

對路域光伏區域采用雷球系列攝像機，間隔500 m布置1臺雷球一體機，實現區域入侵多目標跟蹤，聯動系統給出過濾完成的報警信息，提高路域光伏日常巡檢效率，精準發現光伏損壞區域時間及原因。

2.5 BIM智能建造技術的應用

在項目入場前期踏勘現場原有基礎設施情況、地下管線情況，使用三維建模軟件進行施工作業面的建模形成BIM模型，在各子系統方案和圖紙設計完成后，將各設備設施建模放置在BIM模型上，通過模型檢查管線碰撞，布線路由，頂管路徑，開挖土方量情。在重復挖溝布線區域制定分項作業計劃，模型每日更新工程量進度，把控施工周期。同時，施工單位按照圖紙、模型要求分項施工，減少錯誤施工項。現場變更項同步BIM模型，設計人員根據變更內容繼續優化剩余工作內容，指導施工現場作業。施工完成后施工圖紙關聯模型組件實現三維數字化移交，模型經轉換后可直接在三維平臺展示管線及設備布置[3]。

3 總結

綜上所述，交能融合發展是建設綠色交通強國、落實能源安全新戰略、踐行碳達峰碳中和行動的有效結合點與重要應用場景，有利于加快交通運輸用能的清潔替代與低碳轉型，促進新能源高效利用。

參考文獻

[1]張進進. 智慧高速公路建設需求與應用場景探究[J]. 中國交通信息化， 2022（11）： 101-103.

[2]蘭良， 龍思穎. 高速公路智慧服務區系統研究與設計[J]. 西部交通科技， 2022（10）： 168-169+208.

[3]王璐， 張敏， 張波. 高速公路智慧能源管理數字化解決方案探析[J]. 中國交通信息化， 2022（10）： 134-141.

收稿日期：2023-11-17

作者簡介：王貴海（1973—），男，本科，工程師，研究方向：電力系統自動化裝置、電力電子產品以及物聯網平臺的開發、推廣。

基金項目：中國能源建設股份有限公司重大科技項目“基于BIM的全生命周期智能建造體系及關鍵技術研究”（CEEC2021-KJZX-07）。