BIM技术在路面精准养护的应用研究

江亚 JIANG Ya

（新疆北新路桥集团股份有限公司重庆分公司，重庆 400000）

0 引言

BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）技术是土木工程信息化管理的新技术，由美国Autodesk公司所创，并得到业界的高度认可，以实现工程建筑的信息化管理，实现建筑工程的规划设计、建设施工、运营管理的全寿命周期科学化管理，为工程项目的设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等参与方提供协同工作和交流的平台和工具。

BIM技术由于在工程建设领域具有独特优势和技术特点，以三维数字技术为基础，构建建筑工程项目数字信息的三位数据模型，其能够为公路数字化管理提供了一种科学的有效方法。交通运输部在《关于推进公路水运工程BIM技术应用的指导意见》中要求BIM技术应加快在工程设计、施工、养护过程中应用，满足公路工程建设全寿命周期的数字信息化管理技术要求。

1 BIM技术在公路工程的应用研究

1.1 公路路基工程的应用

公路路基的设计、施工、养护信息化管理是工程行业发展的重要发展技术要求，基于BIM技术的工程协同管理云平台能够提供项目干系人的信息沟通和工程信息化管理能力。对参与人员协同性差、工作调度效率低下、资料管理混乱、质量与成本不统一问题实现有效的解决。信息化的工程管理，离不开信息模型的分类基编码标准，利用BIM模型实现EBS（Engineering Breakdown Structure）工程实体结构分解编码，基于《ISO 12006-2 2015分类框架》可以锁定最小的管理单元，保障信息传输准确性和可靠性。以路基BIM模型建立工程树，便于实现规划、设计、施工、运维可阶段的信息化管理。

1.2 公路路面工程的应用

GIS（Geographic Information System）地理信息系统是一门综合性科学。在计算机软件和硬件系统的支持下，基于测绘技术卫基础，实现空间数据的收集、存储，编辑、查询、处理、分析、输出和使用，对道路网级可视化管理具有独特的优势，将BIM技术与GIS技术结合用于公路路面工程的数字化管理，为工程管理提供便利的条件，如图1所示。

图1 BIM+GIS技术在路面工程管理的应用

1.3 公路桥梁工程的应用

BIM技术在公路桥梁工程中主要是设计、施工、运营的应用为主，建立数据管理标准和三维可视化模型为基础的信息化系统平台，实现数据整合和业务可视化管理，提升桥梁管理效率和信息化技术。BIM技术与桥梁大型结构物健康状况监测系统进行融合实现桥梁结构的安全监测和评估，对监测数据和模型信息进行交互传输，为管理人员提供精确的位置、构件属性和监测状态数据。BIM数据模型与桥梁信息化管理养护系统融合，进行桥梁可视化养护，为管理单位提供养护决策基础数据，并与桥梁构件二维码识别技术、无人机巡检技术、AR虚拟技术、激光雷达数据采集技术、机器上监测技术进行结合。

1.4 公路隧道工程的应用

公路隧道由于所处岩土环境复杂、地质状况容易变化、使用条件要求高，使用性能在多因素长期作用下变化剧烈，养护成本较高，并且与地质灾害紧密相连。通过BIM技术实现隧道规划、设计、施工养护的全周期服役监测，为隧道的科学化管理提供了数据支撑和可视化监测能力。BIM技术可有效的运用在隧道的运维管理，并以此为基础建立WEB技术的管理平台，融合日常监测数据，为业主提供精准的“建管养”数据。基于BIM技术可以获取隧道的基础信息数据和实时状态信息，实现基础数据管理、使用性能监测、结构力学状况监测、全方位的安全评估预测等。融合云计算技术和大数据挖据技术，对隧道基础设施的服役寿命周期、构件基础数据、养护历史信息、运营模态数据进行数据智能化分析和精准预测，降低养护成本。

2 路面健康状况精准养护技术研究

公路和城镇道路的路面检测主要通过数字图像、激光测量和“3S”定位技术对路面损坏、平整度、车辙、构造深度、抗滑性能和结构强度等路面技术状况进行精准测量。目前，国内外科研结构和科技型企业均在道路路面智能化检测领域取得重要的研究成果。

2.1 国外检测技术

美 国ASTM（American Society for Testing and Materials）组织机构提出并制定了PCI（Pavement Condition Index路面损坏状况指数）、IRI（International Roughness Index国际平整度指数）、MTD（Mean Texture Depth路面纹理构造深度）用于评价路面技术状况测量方法。美国AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Officials）组织机构提出并制定了PSI（present serviceability index）用于测量路面性能指标，是继路面损坏状况指数（PCI）和国际平整度指数（IRI）之后使用最广泛的路面性能指标之一，该性能指标介于0和5之间，0代表性能为差的路面，5代表性能为优的路面。

参考ASTM和AASHTO路面检测评价标准，美国IIC（International Cybernetics Co.）公司研制了IRISGO道路检测车，加拿大Fugro Roadware公司研制了ARAN道路检测车，可对路面损坏状况指数PCI、国际平整度指数IRI、路面纹理构造深度MTD进行数据采集。

2.2 国内检测技术

中国交通部在2018年发布《公路技术状况评定标准JTG 5210-2018》技术规范，根据规范技术要求对公路路面技术状况的路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、路面跳车指数PBI、路面磨耗指数PWI、路面抗滑性能指数SRI、路面结构强度指数PSSI进行检测评价，以对公路路面技术状况进行综合评价。住房和城乡建设部在2016年发布了《城镇道路养护技术规范CJJ36-2016》，根据规范技术要求在进行城镇道路路面养护的定期检测评价中对道路路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI进行检测评价。

依据公路和城镇道路检测评价方法，中公高科养护科技股份有限公司依靠交通公路科学研究所的道路检测先进应用技术，研发了多功能路况快速检测车（CiCS II）。武大卓越科技有限责任公司依靠武汉大学的国际领先的激光测量理论研究，研发了智能道路检测系统RTM，可自动化同步采集地理位置信息、路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面车辙深度指数RDI、路面跳车指数PBI、路面磨耗指数PWI路面技术状况数据。

2.3 新一代技术发展趋势

为了解决当前路面质量检测方法成本高、效率低下和设备昂贵问题，国内外高校和科研机构在新一代的路面质量检测方法上进行积极探索。

芬兰vaisala公司研发RoadAI道路路面技术状况识别技术，利用智能手机安装在车辆前方通过视频采集技术进行道路数据采集，并使用AI算法进行路面病害数据提取和分析。

美国马萨诸塞大学Walaa Mogawer博士开发无人机道路巡检技术通过无人机搭载高精度工业相机对路面技术状况进行自动化数据采集，并使用深度学习算法对路面病害进行自动化分析。

深圳市腾讯计算机系统有限公司研发道路智能巡检技术，在巡检车辆配备了常规视角相机、鱼眼相机、惯性导航、GPS等传感器。通过多传感器的融合算法，能够自动分析、识别出路面病害的位置、类别、严重程度和物理尺寸等信息，并实时发送检测结果到车载人机交互程序。

3 基于BIM+IOT融合技术在路面养护管理应用研究

3.1 IOT技术

IOT（The Internet of Things）物联网技术是通过各种信号传感器、射频感知技术、全球空间定位系统、红外线器件、激光测量器等技术。对需要监控测量、信息连接、互动操作的物体和过程进行实时采集，通过先进传感技术采集物理世界的声学、光学、电学、热学、力学、化学、生物、位置等状态信息，通过物理网络接入和数据传输，实现物物和物人的数据连接。IOT物联网的基础网络架构由感知层、网络层和应用层组成。

感知层：主要功能就是通过传感器技术采集物理世界的数字化信息，是人类世界跟物理世界进行信息交互的重要桥梁。感知层的数据来源主要有两种：一种就是主动采集生成信息，比如视觉相机、环境测量传感器、全球卫星导航定位系统等，另一种是接受外部指令被动保存信息，比如RFID射频识别技术、IC智能卡识别技术、二维码标识技术等；

网络层：主要功能就是网络传输技术传输数据，将感知层采集的数据传送到目的地。是将物连接入网的技术，其为设备接入网，通过这一网络可以将物与互联网打通，实现人与物、物与物之间的数据交互，大大增加了数据互通的边界，更有利于通过大数据、云计算、AI深度学习等先进技术的应用来增加物理和人类世界的丰富度，主要的网络技术有5G移动通信网络、WIFI无线网络、有线网络；

应用层：物联网数据处理的最终目的，其主要是将感知层收集来的数据进行处理，应用层架构主要组成部分：数据库，业务处理和客户端。物联网数据处理和业务处理较为复杂，其会涉及到海量数据的整合和交互，处理技术主要包括：数据挖掘、人工智能、云计算、信息融合等。

3.2 BIM+IOT融合技术应用于路面养护管理

通过BIM-IOT数据融合技术对公路网及路面进行数字化管理，利用BIM技术建立多维化的道路数字基础模型，通过IOT技术实时感知道路路面的性能状况和环境情况。并以BIM技术为依托建立公路路面养护数据库，建立道路基础实施编码标准和规范，实现数据存储和交互的标准化，如图2所示。

图2 BIM+IOT应用

4 总结

BIM技术在建筑信息化领域的应用已经取得巨大的成就，为建筑的信息化设计、施工、运营提供了可靠的技术支撑。其在公路工程的应用已经有许多的高等院校、研究架构和高新技术企业进行了积极探索，特别是在桥梁和隧道工程中取得了成功的应用效果。本文基于BIM技术，阐述了在公路路面精准养护中的应用，其将有助于提升路面养护效率、降低养护成本、延长使用寿命周期。融入GIS技术、IOT物联网技术、大数据云计算技术提升路面健康状况科学的数据采集、分析、处理、预测和可视化。