基于BIM平台的路面病害可视化管理研究

李慧　郑宇

摘要：随着交通运输业地位的日益凸显，我国交通基础设施建设的规模不断扩大，很大程度上改善了交通运输通行状况。道路建设的设计是影响道路工程质量的重要环节，而建筑信息模型（BIM）是优化道路工程设计的先进信息技术工具。在信息技术快速发展的时代，BIM技术在道路工程设计中的应用越来越普遍，其能有效提高工程质量，可以使道路工程在今后长久使用。

关键词：道路工程 BIM 三维可视化 路面病害

中图分类号：U418.6文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

在经济快速发展的背景下，建筑信息模型（Building Information Modeling，简写为BIM）在建筑行业取得了长足的进步，并且已经成为一种能够对所要施工项目进行很好管理和科学管控的技术。在技术不断的变化下，我国基础设施的快速发展，特别是在道路、桥梁的建设中，BIM技术方面从建筑应用渐渐地向道路工程方面发展，并且众多相关的研究人员在道路工程中采用BIM技术，对此进行了广泛的探讨，并获得了更高水平。因此，完善BIM技术配合在道桥工程的相关技术更多展示体现在桥梁设计和道路施工两方面，但道路路面病害BIM模型的建立使用方法的系统研究仍有较少的研究方面。因此，利用BIM新技术在道路养护维修的工作中进行应用大势所趋。

1路面病害信息

1.1 路面病害类型

在我国经济迅速发展下，道路工程的使用率大大提升。路面的设计使用年限是由道路等级和车辆通行量共同决定的，高速公路和一级公里的设计年限一般为十五年，二级公路、三级公路的设计使用年限相对减少。路面出现病害原因，一方面，因为设计人员对车辆的通行量预估不足及长期存在的车辆超载等现象造成的;另一方面，因为在施工过程中规范要求的质量程度控制掌握不到位，导致了许多路面病害往往在预期寿命之前就出现。

路面产生裂缝类病害的问题是最常见的，如图1所示，其产生原因有很多，一方面，由于选择的原材料的质量不达标，导致整个路面工程不达标，开裂;另一方面，在施工过程中，施工人员不能正确操作，导致出现路面质量问题。例如纵向裂缝和横向裂缝，横向裂缝表现为与道路中心线近似垂直的短曲线，其往往是由路面层或半刚性基层，产生了超过其疲劳强度的拉应力所导致的;纵向裂缝则表现为与道路中心线平行的长曲线，并伴随短而细小的支裂缝，其通常是由施工对地下的软土处理不当造成的。在外界因素的作用下，造成路面表面有不均匀沉降，或者在施工期间，摊铺机分幅摊铺时连接处的处理方法错误引起的裂缝病害[1]。

沉陷、车辙、不规则变形可分为变形类病害，如图2～4。车辙病害表现为，在路的表面出现类似轮胎形状的竖向凹陷，其产生的原因，一方面是在施工时原材料压实度没有达标，不具有足够的稳定性;另一方面是在外界荷载的反复作用下，再加上部分车辆超载现象频繁出现，致使部分路面的面层产生了永久的变形，其一般会发生在夏季高温时期;沉陷因路面局部开挖之后，没有将填土分成压实至原地面高而产生的部分凹陷，其产生原因是路基压实度没有达到设计要求、在用回填土的土质不符合规范要求、施工机器碾压不到位，路基原地面一下障碍物处理不完善，最终反映到路面上来。

路面松散也是一种常见的病害类型，如图5所示，但其修复处理的难度程度比较大。路面松散破坏的发生，常常与路面所用主要材料的配合比有关，如果是沥青路面，混凝土温度过高，自身失去粘结力，从而导致沥青混合料中的细集料剥落;在季冻区施工的路面会由早晚温度变化大，路面会产生冻胀，从而引起松散，冰雪融化后，产生的水分会流进混合料内部，经过冷冻和反復融化，造成了面层的破坏。

泛油主要是对沥青路面造成了病害，如图6所示。其是由于混合料调配比例不科学造成的，如果外界温度环境相对较高，沥青泛油的状况就会更加突出，在路面形成一层薄薄的油层，无法准确观察到骨料的现状，这样施工完成后的沥青路面强度不高，车辆过去的时候会有明显的痕迹，这会降低道路质量和美观性。

1.2 路面病害信息化

针对路面存在的病害状况来看，管理人员必须充分了解路面病害发生种种的信息，这些信息一方面是在进行路面病害调查中收集的，另一方面是在道路运营维护过程中产生的，然后再对这些信息进行分析，可以为后续道路养护维护、改造提供理论支撑。采用BIM软件来实现路面病害的三维可视化，一般从三方面进行模拟。首先是使用ContextCapture技术，输入三维坐标信息，如病害的X方向距离、Y方向距离、Z方向的高程，其主要是定位病害空间位置;然后输入路面病害的具体信息，如局部裂缝的长度与宽度、沉陷坑的面积大小和深度、车辙的形状等;最后再输入施工人员维护路面病害所需要的养护信息，如维修所需的时间、人员的数量以及维修的计划等，经过以上软件的操作过程，就可以静路面病害的基本信息赋予在BIM模型上[2]。在此基础上，还可以建立基于BIM模型的养护成本的估算，对人为计算的成本的程序进行了大大优化。

2 BIM的可视化管理

2.1 BIM的概念

建筑信息模型（Building Information Modeling，缩写为BIM）不是一款单独的软件，而是让新时代软件工具与解决方案融合在一起的一种计策。BIM第一款发展于1960年代的后期，由Autodest公司研发的Revit，包含建筑、道路、铁路等自身的信息、与其相关的链接信息及与其相关的生命周期信息，这些信息可以很好地融合在BIM之中，建立起3D模型。设计人员通过多种方式获取工程数据信息，然后结合工程项目实际情况，创建具有相关实际数据的模型。随着BIM技术在建筑工程中的作用越来越明显，其逐渐推广并应用于道路工程等其他领域。

与传统的二维设计软件相对比，BIM技术可以创建建筑模型的三维图像，主要针对有公路、桥梁、市政工程等基础设施行业，项目由大量不同专业组成，分别是结构设计、排水设计、管道设备等不同程度需要有效协作才能完成项目，但是在设计项目中存在一些误区，致使后续对BIM技术的设计修改。不同专业的人员进行设计遇到问题时，可以采用具有3D可视化功能编辑设计完成。此外，BIM技术还增加了数据距离定位，材料工程数量等多项指标，建设计划等数据转化为模型。

2.2 BIM可视化的优点

大多数道路建设项目是政府资助的基础设施项目，而该项目能否获得广泛认可，取决于项目的可行性报告。区域经济发展规划状况交通经济预测及建设技术标准和推荐建设计划，会决定项目资金分配和最终实施计划。政府机构将召开负责土地管理的机构会议。关于节约用水、环境和建筑的讨论，各种替代方案的可能性并最终决定决策，但在这讨论的过程中，通常会因为各个部门关注的差异所致，或沟通上的差距，计划中有很多不确定性，需要修改的内容很复杂。而BIM技术可以提供多因素电子，3D虚拟软件中包含的各影响因子均可灵活调整和改变，并能实现可视化实时对比。

BIM软件的三维模型的模拟功能，突破了研究人员传统的思想，解决了研究人员对复杂工程的空间结构的想象约束，通过BIM建模，可以将路面的基本情况和路面的病害信息直观地展现在研究人员的面前，非常形象化地被表现出来。研究人员可以通过可视化的操作平台，进行数据搜索和信息编辑，进一步地提高了路面病害的管理效率。BIM软件的可视化还提供了许多优势，例如：轻松高效地传输数据和信号;能夠快速而准确地定位病害的位置和相关信息;经过BIM软件的操作，可以使路面病害问题快速的被发现，在病害发生前，施工人员可以提前消除隐患;BIM软件还可以在路面损坏检测时，直接从路面模型上进行数据编辑，大大提升了管理人员的工作效率[3]。

2.3 BIM技术可视化设计

Civil 3D 在路面工程应用建模方面有着非常厉害的功能，被誉为领先的BIM道路设计程序，其可用于建立繁琐、不容易想象的三维道路模型，而且还能很好地切合地形表面的现况，创造出精美的模型。

BIM设计软件可视化还可以大大降低业主对相关专业技能的需求，并减少与专业设计师的沟通障碍。与传统3D渲染软件相比较，Revit有3D渲染效果及内置几何物理分析功能，还可以进行模拟计算分析，以及对路口进行建模。出入口匝道和桥板可以有效地使用，并且可以作为一个单独的单元使用并单独更新，格式更改可以通过简单的参数设置进行。当道路工程设计人员更新设计参数时，他们可以通过3D可视化模型即时改正，显著提升设计效率。设计过程中，Revit软件可以自动进行碰撞冲突检测和结构稳定性计算验证，可以避免设计过程中可能发生的各种类型的施工危险，并且可以节省项目的整体成本[4]。

2.4 基于BIM的路面病害可视化

BIM作为一项新的技术，其最大的特征是将工程建设各工种或部门所掌握的项目相关信息高度集成于3D数据模型内，以此贯穿工程项目的全生命周期，突破传统二维图纸上的由简单构造线组成的图形特征，让项目展示效果更加的直观和高效，因此我们将BIM技术与路面病害管理结合起来，实现路面病害的可视化管理，加快我国道路建设进度[5]。

在建立路面病害的BIM模型中，首先将道路基本数据、沿线的地形地质、水文气象等因素输入软件中，接下来，把路面病害情况的相关信息加入BIM模型上，最终达成路面病害可视化的效果。当因素发生变化时，道路模型信息也会随之而调整，从而得到3D道路模型，研究者可直观、准确地了解道路某处病害类型和整个路面的损害状况，并提供一种可视化平台类管理病害问题，同时提升了路面病害可视化管理的效果[6]。

3结语

BIM技术作为一种以现代信息技术为基础的工程类应用软件广受关注，并在很多工程项目中发挥了重要作用。为了研究BIM技术在道路病害中的应用，该研究阐述了路面病害的类型与BIM的可视化，在此基础上，简述了BIM技术与路面病害相结合可视化的优点，发现在道路工程养护管理方面对BIM技术有着明确的应用需求。大力推广和应用BIM技术，有助于我国交通运输业的长期发展，对扩大交通运输业规模，加快工程建设进度，延长公路使用寿命，保证道路交通安全都有重要意义。

参考文献

[1] 孙梦梦，BIM技术在道路工程施工阶段进度管理中的研究与应用[D].郑州：华北水利水电大学，2019.

[2] 于俊鹏，BIM技术在道路工程施工进度管理中的应用探析[J].安徽建筑，2021，28（4）：69-70.

[3] 石红磊，BIM技术在高速公路改扩建钢桥全过程管理中的应用[J].公路，2020，65（8）：157-161.

[4] 宋华，谢艳，张浩阳，等.BIM技术在桥梁管理可视化中的应用研究[J].公路交通技术，2020，36（5）：94-99.

[5] 戴茜，季立花.基于BIM三维技术桥梁病害信息可视化探讨[J].江西公路科技，2017（4）：51-54.

[6] 郑智能.基于BIM平台的路面病害可视化管理[D].重庆：重庆交通大学，2019.

作者简介：李慧（1995—），女，硕士，助教，研究方向为道路工程。

郑宇（2000—），男，本科在读，研究方向为道路桥梁与渡河工程。