探索BIM技术在市政道路设施养护中的应用

朱柯松

（1.河北地质大学城市地质与工程学院；2.徐州市市政管理处）

1 引言

目前，“建养并重”是我国市政道路设施发展进入新时期的标志，BIM（Buiding Information Model）技术已有能力在道路设施的规划、设计和施工阶段支撑项目的实际应用。但BIM技术价值周期长、养护资金短缺、传统的养护模式和习惯制约、政策要求不明确等诸多因素导致建设、管理、养护的数据壁垒尚未被打破，BIM技术在市政道路设施养护管理中没有得到广泛应用。

本文立足路桥工程中BIM技术运用实例展开探究，以分析BIM技术应用现状为基础，探讨BIM技术在市政道路设施养护中应用的创新点与新方法。

2 BIM的概念和国内研究及应用综述

2.1 BIM相关概念

当前所述的“BIM”，本义理当是“B.I.M.”，即——建筑信息模型“Buiding Infor‐mation Model”。20世纪90年代，G.A.van Nederveen[1]和F.P.Tolman教授，在他们开展研究的历程中，提炼并归纳出“建筑产品模型（Building Product Model）”以 及“产品信息化模型（Product Information Model）”两个观点，随着后续研究的推进并整合其观点的主要特征[1]，为BIM定义，期望参与项目的各方都能从项目的各个层面和不同角度整合尽可能多的信息和内容[1]。

BIM有多种定义或解释，行业内对BIM的认识大致有三个层次。

第一是应用软件；

第二是建筑文档数字处理和信息加工的过程；

第三是建筑领域里的一种新的标准样式，策动利益相关各方在该项目中施展效用。麦格劳希尔（McGraw-Hill）在2009年市场研究报告《BIM的商业价值》（BIM Business Value）中对BIM的定义是：“BIM是利用数字模型来实现项目设计、施工和运营的过程”[2][16]。

美国的国家BIM标准概念界定为：“BIM是设施（建筑项目）的物理和功能特征的数字表达；BIM是共享的知识资源[16]，是分享有关设施信息并为该设施全生命周期（从概念到拆除）中所有决策提供可靠依据的过程；在项目不同阶段，BIM作为一种知识资源，支持不同利益主借此插入、提取、更新和修改信息，支持和反映各自职责范围内的工作协作”[2]。

2.2 国内道路设施养护中BIM的应用现状

我国愈来愈多的道路养护单位已逐渐重视BIM技术在项目全生命周期中的作用，并各自尝试在道路设施养护中引入BIM技术。笔者以京、沪、苏、浙等发达省市应用案例，阐述当下国内BIM应用情况。

以运营公司和公联公司为代表的北京市养护运营单位，将BIM技术在路桥大、中型维修工程等各自类别项目中进行应用示范[3-4]，且重点关注建立BIM基础上的管养平台，但在以BIM为基础的道路设施养护上，缺乏系统的研究和指导。上海在推进BIM技术的发展和运用上树立了良好的典范，相应政策的配套支持也处于全国领先[5-7]，由浙江路桥重大改造、G320公路改造、延安东路隧道大修等[6]可以看出，已将BIM技术积极运用到重点养护项目上；但是在基础设施的日常管养中，应用不多。江苏省出台了《BIM应用实施意见》[9]，率先推出公路行业BIM地方标准[10]，启动了以“试点、拓展、集成”三运用的三年行动规划，在BIM技术的推广应用上，发挥企业主体、利用市场推动，旨在为革新“苏式养护”输入动能与契机。浙江省道路设施的建设根底良好，以乐清湾跨海大桥、瓯江北口大桥、金华山隧道、富翅门大桥等重点项目[11-12]为典型，在方案设计和项目施工中，BIM技术的运用取得了优良成效，但在道路设施上，欠缺养护项目应用示范及政策支撑。江西省吉水赣江二桥工程，通过BIM实现同平台下设计的管理与协同，准确完成3D模型并提供生动展现，实现三维模型纠错[16]，在有足够组件模板库的前提下，提高了整体桥梁建模的效率，尤其是设计修改的效率大大提高[16]。云南贵州共建的北盘江大桥项目，施工单位引入BIM技术，为桥梁的设计、施工和安监提供直接高效的信息服务。

整体来说，国内目前大多将BIM技术应用于大、中修工程的设计、施工阶段，仍处于试点应用及推衍扩大阶段。可见，当前我国道路养护单位对道路设施养护中BIM应用价值的认识还存在欠缺，BIM在道路的设施管养和运维中，还缺乏实际应用。由此，将BIM技术应用于道路设施管养中的远景十分宽广。

3 市政道路设施养护中BIM的应用内容与方向

3.1 市政道路设施养护作业内容

《城镇道路养护技术规范》（CJJ 36—2016）[13]规定：城镇道路养护应包括道路设施的检查评价、养护工程和技术档案管理；城镇道路应定期进行日常巡查、检测评价，并应根据评价结果制定年度维修计划及中期道路规划。本文涉及的道路设施，包括城市道路（城市内部高速公路及城市道路主干道）、城市桥梁、城市隧道。

3.2 市政道路设施养护中BIM运用模型构想与应用方向

以徐州市新城区市政道路设施管养为例，主体业务主要由五大模块构成。

①设施巡管，包括重点设施状态检查和管理，以及相应的台账信息。

②日常养护，包括日常检查、维护，预防性维护和台账信息管理等。

③集中维修，包含中小修项目的计划、决策及实施。

④检测工作，包括道路、桥梁的定期检测（含常规检测及结构性检测、特殊检测）、高架、隧道、地下通道等结构性检测，以及养护质量检测（养护效果评价。

⑤安全运营，主要针对大型桥梁、隧道等重点设施。

⑥其他业务，如应急抢修、隐患处置等[15]。

此阶段BIM的应用，应立足养护工作的实际情况和现实需求，定位养护对象自身的工程属性来确定。模型构想见图1。

图1 模型构想图

3.2.1 设施巡管

以BIM技术为基础，可对道路设施状况的日常巡检，完成相关信息的推送、收集、上传、比较和发布[14]。移动检测有利于道路设施日常检测的信息维护和管理、疾病点的准确定位、维修信息方案的快速显示，降低维修成本，提高设备维修及数据查报效率。基于BIM技术构建资产管理沙盘模型，为管理数据资产带来可视性，施工管理动态数据的历史采集、设备状态的关联，为关键设施的安全提供保障，提升移动集成管理的效能，提高数字资产全生命周期的管理能力。

3.2.2 日常养护

基于BIM的道路病害移动检测技术，可以实现检测记录上传、轨迹可视化管理、隧道检测管理等服务，提高检测效率。同时，BIM技术可关联维修预算与病害状态、开展小修保养全过程可视化分析、提供预防维修的提醒和决策辅助。将BIM技术应用于构建病害模型形成体系化的建模方案，可使其在日常的养护工作中更富指导意义，实现语义下路面病害可视表现，辅助研判不同病害的成因及发展趋势，提高维修费用测算的科学性，打通资金管理单位与申请人之间高效沟通的桥梁，拉长设施的生命周期，提高投资维修资金的效益比。

3.2.3 集中维修

实施前，基于BIM技术进行检测评估，实现检测结果的呈现并研判趋势，有助于科学检测和结果评估。可以达到分析投入养护经费效益比的目的，比较和选择维修方案，使决策更加科学高效。在实施维修工程中，运用BIM建模可实现设计、施工的三维呈现，辅助进行进展状态管理、交通安全模拟分析、施工安全沉浸培训和教育。有效管理维修工程的造价、施工进展、作业效率、施工安全及维修质量，实现多个目标的协同。

3.2.4 检测工作

传统的检测多采用人工方式，针对结构上的专项与应急检测，以人员目视并辅助仪器开展检测工作，对构件的形变、裂缝、腐蚀等病害，进行判别和记录，以纸质或照片的方式存储相关信息，后据此进行处理。BIM技术的引入，检测方案的呈现、检测过程可还原，并可在三维模式下进行结构检测的智慧分析，提升结构检测的速度，保障检测准确。在维修效果评估中，运用建模可实施质量管理，比较维修计划与实施效果，实现历史维修数据的追溯、集成及智慧判断等，长期跟踪与研判关键设施的机能，提高检修质量。

3.2.5 安全运营

桥梁、隧道的结构安全，可在BIM技术基础支持上实现辅助管理。基于BIM，能满足管理结构信息的需求，分析各要素之间的关联、评估结构耐久性，指导桥梁、隧道在运营安全方面的提升。同时，可立足安全开展渐变安全因素、突变安全因素的运管，满足相关数据的智慧化采集与智能统计分析、应急场景的模拟及资源动员、桥隧运营状况即时定位和实时监控等需求。利用BIM模型集成放置在桥隧上的监控摄像机，在三维空间对海量高清视频和BIM模型进行标记和融合，组合桥隧多源传感器上的数据，形成3D映射，实现桥隧安全运营综合监控与现实融合，破解传统运营维护中此类业务上的诸多难题，提升日常监控效能，缓解认知压力，提高桥隧作业的精确定位、远程监管和应急监测能力。

3.2.6 其他业务

对道路设施安全运行存在影响的安全因素主要分为渐进性和突发性两类，应用BIM技术实现病害问题的历史溯源及相关信息集成分析，模拟和分析不同安全因素引起的紧急事件查找成因。围绕应急计划和处置要求，使用BIM模型和设施集成的特征信息模拟演练应急计划，保障应急处置方案选择的科学性、合理性。当突发事件发生时，BIM可以准确定位并呈现事件发生的地点、周边重点设施的状况，并根据监控摄像机、结构监控传感器和手动报警器等反馈的相关信息响应处置预案，动态监控事态变化，削弱突发事件带来的直接、间接损失[17]，为相关资源调动和部署、应急处置过程的可视化提供支撑，提高应急响应速度、增强应急管控能力，保证部署效率。

4 结语

对BIM技术的应用而言，道路设施的高质量养护与全生命周期管理需求为其发展带来了新的机遇与挑战[14]。基于市政道路设施养护业务内容的BIM应用构想模型，笔者从设施管养、巡查养护、集中维修、检测工作、安全运营等方面阐述了道路设施养护中BIM的应用目标与内容，为进一步探寻和推广BIM在市政道路设施养护中的应用提供理论参考。