首都新机场北线高速廊坊段BIM养护期管理技术研究

梁海洋

（邢台路桥建设集团有限公司，河北 邢台 054000）

0 引言

进入21世纪，BIM技术逐渐在公路工程中得到应用。由于BIM具有信息集成和可视化的优势，基于BIM技术建立的养护管理平台已经成为公路养护管理的新方向。利用BIM技术，结合GIS、移动互联网、无人机倾斜摄影等新技术开发的首都新机场北线高速廊坊段项目养护管理平台，为科学决策、高效管养，实现养护管理数据化、信息化提供了一种新方式。

1 工程概况

首都新机场北线高速公路廊坊段项目是首都新机场即北京大兴国际机场“五纵两横”地面综合交通体系的重要组成部分。作为“五纵两横”中的“一横”，北京新机场高速同时连接京港澳高速、首都地区环线高速等重要交通线路，是实现与北京中心城区、天津、保定、廊坊等城市的重要交通路线，是连接廊坊市区、临空经济区和首都新机场的高速通道。

本项目路线全长9.971km，全线设特大桥1座、大桥1座、枢纽互通立交2处、服务型互通立交1处，分离式立交213.06m/2座；主线收费站1处，端口收费站1处，匝道收费站1处，停车区1处，养护工区1处，路段监控通信站1处，与匝道站合建。同期建设1条空港连接线，总长6.201km。其中，龙河特大桥全长5283m，上跨龙河、廊涿高速、G105国道等，由预制箱梁、现浇箱梁、钢混组合等多种结构形式组成。复杂的结构形式导致施工难度较大。

2 技术需求

作为重要的国门路，首都新机场北线高速公路廊坊段面临着施工工期短，运营养护周期长的特点。一条高质量的公路只有配合高等级的管理和养护才能充分发挥其应有的作用。但当前还存在重建轻养的现象，传统的养护管理体制不完善，在养护运营期需要信息化系统的支持。此外，更突出的问题在于，公路全寿命周期的信息化程度较低，公路信息传递及利用效果较差，大型项目各种资料纷繁复杂，信息零散，形成信息孤岛。在养护管理中表现为无法精准定位损坏部位、无法查看构件信息、评估结果以及对管养过程表达不够直观，管养计划无法准确有效执行，这些问题对公路管养精准度及效率造成了较大的影响[1]。

3 GIS+BIM技术

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，简称BIM）是以三维数字技术为基础集成建筑工程的各种相关信息的数据模型。其可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展。高速公路可以在养护规划、道路设施精细化管理、全生命周期养护等方面充分发挥信息化模型的技术优势，将公路资产信息数据化、信息化，在整个运维周期中进行共享和传递。

地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是一种特定的十分重要的空间信息系统。在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、分析、显示和描述的技术系统。

借助软件引擎的模型定位、多模型加载能力，实现GIS+BIM的公路沿线场景构建，不仅完整保留BIM模型原始精度及材质，同时支持矢量、栅格、倾斜、点云等多种数据源，并具备丰富的测量、标签、标记、视点等功能。

4 基于BIM技术的管理养护平台

4.1 平台简介

本平台基于Web+GIS+BIM的系统架构，应用JavaS⁃cript、HTML5和SQL等信息化手段开发而成的用于高速公路养护管理的平台系统。系统主要包括WEB端养护管理平台、BIM模型可视化养护信息平台、APP巡检养护终端三大模块。平台架构见图1。其中，WEB端养护管理平台为全功能全要素平台，主要实现对平台基本信息、用户、操作痕迹、参数设置等的基础管理功能，以及相关系统接口管理功能。子模块有：养护检查管理、养护对策、维修工程、养护工程、档案管理、数字管理等。

图1 平台架构

BIM模型可视化养护信息平台的核心功能为信息展示、养护任务发布、典型病害可视化等，充分发挥其可视化优势，形成数据标准化集聚和管理平台，通过数据的模型化载体进行基于数据的运营养护管理。

App巡检养护终端是基于Android开发的手持数据采集终端，其核心功能为接收养护巡检任务，并根据分配的任务类型、频率等执行日常巡查、经常检查、定期检查。

4.2 面向管养的BIM编码

本项目编制了《新机场北向高速廊坊段建养一体化结构设施BIM编码标准》，编码标准封面见图2。通过BIM技术，为每一个桥梁构件、路基、路面建立了精细化模型，并通过桥梁编号、结构类型、结构组成、部件编码、构件编码、子构件编码6个编码区（编码标准编码分区见表1），为路线上的每一座桥梁的每一个构件进行详细的编码，并将这些编码赋予了对应的模型单元。这使每一个模型单元都可以通过其唯一的编码溯源，从而实现数据与模型的有效挂接。

图2 编码标准封面

表1 编码标准编码分区

4.3 养护检查

在WEB端系统中，管理者可以根据养护需求，制定巡检、经常检查、定期检查、特殊检查任务，并将其派发给相应的负责人，使全线9.971km的巡检任务被精确地分配到各个巡检小组，巡查任务可以追溯到专人。BIM与养护巡检模块对接，实现基于三维构件的桥梁巡检养护管理。通过手机App实现公路的日常巡检、经常检查和定期检查病害的标准化录入，通过BIM构件编码将其挂接到模型上，实现巡检养护内容的四维可视化表达。任务接收执行和定期检查数据采集见图3。

图3 任务接收执行和定期检查数据采集

由于每个检测人员对桥梁、路基、路面等结构物病害的理解不一样，导致对同一病害描述往往出现较大差异的情况。平台通过固化好的检测数据字典，巡检人员可以实现数据录入以选择、填空为主，使每种检查的描述都通过标准化的录入方式记录。

4.4 病害快速查询和统计

BIM技术在海量项目数据的承载方面表现优异，检测数据通过手机App记录后实时同步至云端数据库。同时，工程数据和检测数据会共同关联到BIM模型上，使公路管理者可以通过BIM模型直观地查看路桥的质量状况。通过树形结构查询或者直接在BIM模型中选择结构物，可以显示该结构物的全部病害、位置信息、检测人员、检测时间、现场病害照片。桥梁隐蔽部位较多，基于BIM模型可视化展示病害功能，对桥梁结构病害进行全方位展示，对病害的缺损程度以不同颜色进行标注，并且关联现场照片、历史养护信息及其检测数据[2-3]。

在项目库管理中，可以将每一座桥梁从评定标度、缺损程度、维修紧迫程度等多个维度进行统计，并将桥梁的新增病害和发展病害通过饼图的方式展现出来，方便管理者对管理的桥梁有直观的了解。统计查询见图4。

图4 统计查询

4.5 运营数据可视化辅助养护决策

基于GIS+BIM的桥梁养护辅助决策系统可以做到决策的可视化。在BIM模型的基础上，记录病害现场照片的图像数据库能够为养护决策者进行病害成因分析提供初步判断，同时通过病害跟踪模块和病害修复数据模块，可以将不同检测时间的病害信息和修复情况相互关联，查看病害是否有发展的趋势。对存在发展的病害进行全面的分析，可以制定更全面准确的养护方案。病害修复数据见图5。

图5 病害修复数据

5 结语

本文介绍了在首都新机场北线高速廊坊段项目上基于BIM技术的道路养护管理系统的研究与开发相关成果，包含病害体系及系统情况。针对传统公路养护管理中基础资料、检测数据，施工期信息各自相互独立，数据不互通造成的数据孤岛问题，基于GIS+BIM+WEB技术，以结构物为基本单位进行基础资料数据、日常巡检数据、施工期信息的融合。此项技术可以帮助运营养护周期较长的项目提高管理工作效率和养护决策的准确性。