基于BIM的高速公路信息化养护管理

李德鸣

（甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃兰州 730030）

0 引言

高速公路是承载社会经济发展的大动脉，其运行安全性关乎百姓的出行安全及社会的安定和谐，因此，高速公路的养护管理工作至关重要。随着近几年我国建设发展速度的不断加快，人们对其养护管理的质量和水平也提出更高要求。在现代信息技术普及应用的背景下，将BIM 技术应用到高速公路养护管理中，推动相关工作信息化、智能化发展，已成为当下高速公路养护管理创新发展的必然趋势。

因此，了解高速公路养护管理的现状，明确BIM技术融合应用的必要性与可行性，并对基于BIM 的高速公路信息化养护管理模式进行分析探讨是非常必要的，对全面提升高速公路养护管理水平具有积极的现实意义。

1 高速公路养护管理现状

1.1 高速公路养护管理特点

现阶段我国高速公路养护管理工作主要有以下几个特点：

一是养护管理工作体量大，且总体的养护管理工作量及养护管理成本呈逐年递增趋势，使得养护管理的工作难度不断增加。如何进一步优化养护管理决策体系，实现养护管理工作提质增效，全面提升养护管理资源的利用率，已成为亟须解决的问题。

二是日常养护管理工作主要集中在坏旧道路设施更换、路面病害修补处理等方面，仍属于消极防御型养护，养护管理工作相对被动，缺乏主动预判和消除问题隐患的意识和能力。对于路面病害状况的评估和养护，在管理决策的制定上仍以“经验法”为主，评估的准确性和决策的科学性受养护管理人员专业素养、主观意识及工作经验的影响较大，难以保证养护管理的质量和效率。

三是养护信息的管理模式相对落后。养护管理过程中，信息的记录和传递多采用二维图纸、养护管理记录等纸质资料的形式，不仅容易丢失、损坏，而且信息的传递效率较低。

同时，由于缺乏统一的养护管理协同工作平台，各部门多为独立运作，部门间的沟通交流较少，存在较为明显的“信息孤岛”现象，从而影响养护管理工作的时效性[1]。

1.2 BIM 技术在高速公路养护管理中的应用现状

随着技术完善性和成熟度的不断提升，BIM 技术的应用愈发广泛。从现阶段实际情况来看，国内对于BIM 技术的应用主要集中在房建工程领域，而公路行业对于BIM 技术的应用多集中在公路桥梁的设计和施工阶段，在运维阶段则少有应用。目前，仅有北京、上海、江苏、浙江等地区的一些重要高速公路养护工程项目中进行了BIM 技术的示范性融合应用。可见，现阶段我国高速公路养护管理部门（单位）对于BIM技术在养护中的应用价值的认知还有待提高，需要系统性、深入性的研究。

根据权威部门对现阶段高速公路养护管理中BIM技术应用情况的调研分析可以看出，养护管理单位对于BIM 技术的应用还主要集中在道路检测、3D 可视化功能应用、模型构建等方面，而基于BIM 技术进行高速公路养护信息一体化管理平台构建、养护决策智能化分析、养护管理效果智能化评估、应急管理预案模拟分析则比较少见。

由此可见，目前BIM 技术在我国高速公路养护行业中的应用深度和广度还远远不够，需要进一步加强此方面的研究和实践[2]。

2 BIM 在高速公路养护管理中的应用必要性与可行性

2.1 必要性分析

养护管理期是高速公路全寿命周期中最长、最重要的阶段。此阶段的工作质量对于高速公路的使用寿命和安全性具有决定性的影响，因此工作过程中需要最大限度地保证养护管理决策和措施的科学性。这就需要养护管理单位全面收集高速公路从规划设计到施工建设再到竣工整个过程中产生的各类数据信息，以此为科学制定养护管理决策和措施提供充分、可靠的资料依据。

通过在建筑领域的应用情况可以看出，BIM 技术的应用能够在项目建设过程中为设计、建设、施工等参建主体提供一个良好的数据信息传递、共享平台，使各方数据资料得到统筹管理，从而有效保证项目资料的完整性和统一性。

由此可见，在高速公路设计、施工阶段引入BIM技术并将其延伸应用到养护管理阶段是非常必要的，一方面能够保证高速公路技术资料和数据信息获取的全面性，另一方面可由建设阶段构建的BIM 模型直接转化生成养护管理基础模型，从而为养护管理决策和措施的科学制定提供强有力的支持，使高速公路的养护管理质量和效率得到大幅度提升[3]。

2.2 可行性分析

现代信息技术的快速发展及BIM 技术在建筑行业的普及应用，大幅度提升BIM 技术在高速公路养护管理中的应用可行性，为二者的完美融合奠定坚实基础。例如，在现代信息技术发展方面，物联网、大数据、传感器、5G 通信等信息技术的发展为BIM 技术在高速公路养护管理中的应用提供有力技术支撑，基于上述信息技术，可通过车载扫描仪或无人机搭载检测仪器的方式，对高速公路进行更高效的巡检；可通过在关键节点或设施上安装电子传感器的方式进行数据信息的实时采集；可通过无线通信设备实现各类数据信息的高速传输，从而为BIM 参数模型的构建、管理决策的智能化分析等功能的实现提供支撑[4]。

3 基于BIM 技术的高速公路信息化养护管理模式

3.1 基于BIM 技术采集养护管理数据

数据信息采集是开展高速公路养护管理工作的首要环节，数据信息采集的全面性、准确性与及时性，对于养护管理工作的质量和效率具有十分显著的影响。传统的养护管理模式中，由于设备、技术、采集方式相对落后，使得数据信息采集的质量和时效无法得到有效保障，从而影响高速公路的养护管理质量。如今，通过BIM 技术的融合应用，可有效解决上述问题，全面提升养护管理数据的采集能力。

一是通过GPS、GIS、陀螺仪、高清数字摄影摄像等信息技术的整合，构建养护管理数据移动采集终端，通过移动（车载或无人机载）激光全息扫描的方式，快速获取高速公路的高精度激光点云数据以及高清数码照片，以此实现养护管理现场地理空间数据信息及环境实景信息的快速采集，全面收集高速公路全线路况、沿线构筑物及设备的相关数据信息，为养护管理工作的开展奠定良好基础。

二是基于无线通信技术，将前端采集的数据信息实时回传至BIM 平台中，以此实现高速公路三维地理空间参数信息、实景信息与BIM 内部资料信息的整合，形成完整、详细的养护管理数据信息库。与此同时，利用车载Li-DAR 设备、高清影像采集设备、惯导设备对公路路面信息进行系统采集，并整合到养护管理数据信息库中。

养护管理过程中，利用计算机技术对上述数据信息库中的各类数据信息进行计算分析，便可得到养护区域路面平整度（IRI）、车辙深度指数（RDI）等路况信息数据和参数指标，将计算结果与规范标准进行比对，便可准确识别路面病害问题、评估路面安全性，从而为路面养护管理工作的开展提供科学依据。

3.2 基于BIM 技术构建养护管理模型

基于BIM 技术构建立体化的养护管理模型，可帮助养护管理单位更加直观地了解高速公路现状，更加快捷地确定病害位置、制订养护管理方案。

一是在养护管理阶段应用BIM 技术，可直接对公路设计、施工阶段构建的BIM 三维建筑模型进行转化，获得包含公路结构划分、平面、纵横面、构造物、交通附属设施等众多建设参数信息的养护管理模型，通过系统操作，养护管理人员便可完成高速公路各项属性信息的可视化查询，从而为养护管理工作的高效化开展奠定良好基础。

二是养护管理过程中，工作人员可将BIM 养护管理可视化模型与养护管理数据信息库相关联。此时，养护管理数据移动采集终端获取的道路数据信息会实时更新到BIM 模型中，养护人员通过操作BIM 模型，便可实现病害的全方位查找分析，在基础上再结合BIM 模型提供的详细参数信息，快速完成病害评估和养护方案制定。

3.3 基于BIM 技术进行日常巡检监测

日常巡检监测是高速公路养护管理工作的重要内容。传统的养护管理模式下，日常巡检监测工作普遍存在工作强度大、效率低、识别能力不足的问题，无法充分发挥此项工作的作用，影响高速公路养护管理效果。而BIM 技术的应用则可显著提升日常巡检监测工作的质量和效率。

一是养护人员在巡检过程中，可随时利用移动终端设备调取、查看BIM 养护管理模型，了解当前路段的道路结构信息和养护维修历史记录，从而明确巡检监测的重点，使工作更具针对性和实效性。

二是巡检过程中，养护人员可利用移动终端设备对现场信息、病害信息进行采集，并及时上传至信息化养护管理平台。后方技术人员在收到前端信息后，可调取对应的BIM 模型对病害位置、类型、严重程度进行科学分析，同时，将前端采集数据与BIM 养护管理数据库中的标准数据参数进行对比，以此对病害形成更准确的判断，制订出更合理的养护维修方案。而前端巡检人员此时可通过移动终端设备获取后方提供的养护维修方案，并结合BIM 模型明确工作细节和要点，从而提升巡检养护工作的效率和质量。

三是高速公路建设过程中，可在重要结构、节点、设备、构筑物中安装电子传感器，利用传感器对特定参数指标进行实时的采集监测。同时，利用GIS 技术获取每个传感器的位置坐标，利用IoT 技术将传感器对BIM 平台连接，使每个传感器的位置坐标同步到BIM 养护管理模型中。此时，若某个传感器的监测数值超出标准限值（即存在故障风险或安全风险），BIM模型中该传感器所在位置（坐标点）便会出现提示信息。养护管理人员可根据信息快速到达故障现场进行检查、维修，从而大大提升养护管理的效率[5]。

3.4 基于BIM 技术开展养护决策分析

养护管理决策的科学性，是影响高速公路养护管理效率、质量、成本的重要因素。传统的养护管理模式中，人们在制定养护管理决策时，更多地依赖于养护人员的专业能力和工作经验，存在较为明显的主观因素干扰。而基于BIM 技术开发的道路养护决策系统的应用，则可有效减少人为因素、主观因素对养护管理决策的干扰，最大限度地保证高速公路养护管理决策的科学性。

该系统的技术优势主要体现在两个方面：

一是系统中设立不同评价单元的损坏状况批量导入功能，该功能与BIM 养护管理数据库相连接，可根据使用者需求，从BIM 养护管理数据库中提取采集、储存的病害数据信息，然后利用大数据分析技术、人工智能技术，结合《公路技术状况评定标准》（JTG 5210—2018）中的标准，智能分析、计算公路当前的技术状况分值，并提供病害评估、修正参考等功能，帮助养护技术人员做出最合理的养护管理决策。

二是该系统能够根据高速公路年度养护管理资金预算，依据经济效益最大化的原则，通过净现值、线性规划法、收益率等经济分析方法，智能编制出养护管理资金利用率最高的养护资金分配方案，并基于该方案和养护人员设定的养护决策编制规则，自动生成与之配套的养护工程计划、维修预算计划等。相较于传统的养护管理决策编制方式，上述以BIM、大数据、人工智能为技术支撑的现代化编制方式，不仅效率更高，而且决策内容均是基于大量可靠数据的分析计算所形成的，更具有科学性。

4 结语

综上所述，随着现代信息技术的快速发展和普及应用，BIM 技术在高速公路养护管理中的融合应用，已成为高速公路养护管理工作现代化发展的必然趋势。在此背景下，养护管理单位应深刻认识BIM 技术在高速公路养护管理中的应用必要性和可行性，掌握基于BIM 技术进行养护管理数据采集、养护管理模型构建、日常巡检监测、养护决策分析制定的方法，充分利用BIM 技术的优势，提升高速公路养护管理的质量和水平。