梁海洋

（邢臺路橋建設集團有限公司，河北 邢臺 054000）

0 引言

進入21世紀，BIM技術逐漸在公路工程中得到應用。由于BIM具有信息集成和可視化的優(yōu)勢，基于BIM技術建立的養(yǎng)護管理平臺已經(jīng)成為公路養(yǎng)護管理的新方向。利用BIM技術，結合GIS、移動互聯(lián)網(wǎng)、無人機傾斜攝影等新技術開發(fā)的首都新機場北線高速廊坊段項目養(yǎng)護管理平臺，為科學決策、高效管養(yǎng)，實現(xiàn)養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)化、信息化提供了一種新方式。

1 工程概況

首都新機場北線高速公路廊坊段項目是首都新機場即北京大興國際機場“五縱兩橫”地面綜合交通體系的重要組成部分。作為“五縱兩橫”中的“一橫”，北京新機場高速同時連接京港澳高速、首都地區(qū)環(huán)線高速等重要交通線路，是實現(xiàn)與北京中心城區(qū)、天津、保定、廊坊等城市的重要交通路線，是連接廊坊市區(qū)、臨空經(jīng)濟區(qū)和首都新機場的高速通道。

本項目路線全長9.971km，全線設特大橋1座、大橋1座、樞紐互通立交2處、服務型互通立交1處，分離式立交213.06m/2座；主線收費站1處，端口收費站1處，匝道收費站1處，停車區(qū)1處，養(yǎng)護工區(qū)1處，路段監(jiān)控通信站1處，與匝道站合建。同期建設1條空港連接線，總長6.201km。其中，龍河特大橋全長5283m，上跨龍河、廊涿高速、G105國道等，由預制箱梁、現(xiàn)澆箱梁、鋼混組合等多種結構形式組成。復雜的結構形式導致施工難度較大。

2 技術需求

作為重要的國門路，首都新機場北線高速公路廊坊段面臨著施工工期短，運營養(yǎng)護周期長的特點。一條高質量的公路只有配合高等級的管理和養(yǎng)護才能充分發(fā)揮其應有的作用。但當前還存在重建輕養(yǎng)的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理體制不完善，在養(yǎng)護運營期需要信息化系統(tǒng)的支持。此外，更突出的問題在于，公路全壽命周期的信息化程度較低，公路信息傳遞及利用效果較差，大型項目各種資料紛繁復雜，信息零散，形成信息孤島。在養(yǎng)護管理中表現(xiàn)為無法精準定位損壞部位、無法查看構件信息、評估結果以及對管養(yǎng)過程表達不夠直觀，管養(yǎng)計劃無法準確有效執(zhí)行，這些問題對公路管養(yǎng)精準度及效率造成了較大的影響[1]。

3 GIS+BIM技術

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，簡稱BIM）是以三維數(shù)字技術為基礎集成建筑工程的各種相關信息的數(shù)據(jù)模型。其可以幫助實現(xiàn)建筑信息的集成，從建筑的設計、施工、運行直至建筑全壽命周期的終結，各種信息始終整合于一個三維模型信息數(shù)據(jù)庫中，設計團隊、施工單位、設施運營部門和業(yè)主等各方人員可以基于BIM進行協(xié)同工作，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。高速公路可以在養(yǎng)護規(guī)劃、道路設施精細化管理、全生命周期養(yǎng)護等方面充分發(fā)揮信息化模型的技術優(yōu)勢，將公路資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)化、信息化，在整個運維周期中進行共享和傳遞。

地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，簡稱GIS）是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。在計算機軟、硬件系統(tǒng)支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、分析、顯示和描述的技術系統(tǒng)。

借助軟件引擎的模型定位、多模型加載能力，實現(xiàn)GIS+BIM的公路沿線場景構建，不僅完整保留BIM模型原始精度及材質，同時支持矢量、柵格、傾斜、點云等多種數(shù)據(jù)源，并具備豐富的測量、標簽、標記、視點等功能。

4 基于BIM技術的管理養(yǎng)護平臺

4.1 平臺簡介

本平臺基于Web+GIS+BIM的系統(tǒng)架構，應用JavaS?cript、HTML5和SQL等信息化手段開發(fā)而成的用于高速公路養(yǎng)護管理的平臺系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括WEB端養(yǎng)護管理平臺、BIM模型可視化養(yǎng)護信息平臺、APP巡檢養(yǎng)護終端三大模塊。平臺架構見圖1。其中，WEB端養(yǎng)護管理平臺為全功能全要素平臺，主要實現(xiàn)對平臺基本信息、用戶、操作痕跡、參數(shù)設置等的基礎管理功能，以及相關系統(tǒng)接口管理功能。子模塊有：養(yǎng)護檢查管理、養(yǎng)護對策、維修工程、養(yǎng)護工程、檔案管理、數(shù)字管理等。

圖1 平臺架構

BIM模型可視化養(yǎng)護信息平臺的核心功能為信息展示、養(yǎng)護任務發(fā)布、典型病害可視化等，充分發(fā)揮其可視化優(yōu)勢，形成數(shù)據(jù)標準化集聚和管理平臺，通過數(shù)據(jù)的模型化載體進行基于數(shù)據(jù)的運營養(yǎng)護管理。

App巡檢養(yǎng)護終端是基于Android開發(fā)的手持數(shù)據(jù)采集終端，其核心功能為接收養(yǎng)護巡檢任務，并根據(jù)分配的任務類型、頻率等執(zhí)行日常巡查、經(jīng)常檢查、定期檢查。

4.2 面向管養(yǎng)的BIM編碼

本項目編制了《新機場北向高速廊坊段建養(yǎng)一體化結構設施BIM編碼標準》，編碼標準封面見圖2。通過BIM技術，為每一個橋梁構件、路基、路面建立了精細化模型，并通過橋梁編號、結構類型、結構組成、部件編碼、構件編碼、子構件編碼6個編碼區(qū)（編碼標準編碼分區(qū)見表1），為路線上的每一座橋梁的每一個構件進行詳細的編碼，并將這些編碼賦予了對應的模型單元。這使每一個模型單元都可以通過其唯一的編碼溯源，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的有效掛接。

圖2 編碼標準封面

表1 編碼標準編碼分區(qū)

4.3 養(yǎng)護檢查

在WEB端系統(tǒng)中，管理者可以根據(jù)養(yǎng)護需求，制定巡檢、經(jīng)常檢查、定期檢查、特殊檢查任務，并將其派發(fā)給相應的負責人，使全線9.971km的巡檢任務被精確地分配到各個巡檢小組，巡查任務可以追溯到專人。BIM與養(yǎng)護巡檢模塊對接，實現(xiàn)基于三維構件的橋梁巡檢養(yǎng)護管理。通過手機App實現(xiàn)公路的日常巡檢、經(jīng)常檢查和定期檢查病害的標準化錄入，通過BIM構件編碼將其掛接到模型上，實現(xiàn)巡檢養(yǎng)護內容的四維可視化表達。任務接收執(zhí)行和定期檢查數(shù)據(jù)采集見圖3。

圖3 任務接收執(zhí)行和定期檢查數(shù)據(jù)采集

由于每個檢測人員對橋梁、路基、路面等結構物病害的理解不一樣，導致對同一病害描述往往出現(xiàn)較大差異的情況。平臺通過固化好的檢測數(shù)據(jù)字典，巡檢人員可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入以選擇、填空為主，使每種檢查的描述都通過標準化的錄入方式記錄。

4.4 病害快速查詢和統(tǒng)計

BIM技術在海量項目數(shù)據(jù)的承載方面表現(xiàn)優(yōu)異，檢測數(shù)據(jù)通過手機App記錄后實時同步至云端數(shù)據(jù)庫。同時，工程數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)會共同關聯(lián)到BIM模型上，使公路管理者可以通過BIM模型直觀地查看路橋的質量狀況。通過樹形結構查詢或者直接在BIM模型中選擇結構物，可以顯示該結構物的全部病害、位置信息、檢測人員、檢測時間、現(xiàn)場病害照片。橋梁隱蔽部位較多，基于BIM模型可視化展示病害功能，對橋梁結構病害進行全方位展示，對病害的缺損程度以不同顏色進行標注，并且關聯(lián)現(xiàn)場照片、歷史養(yǎng)護信息及其檢測數(shù)據(jù)[2-3]。

在項目庫管理中，可以將每一座橋梁從評定標度、缺損程度、維修緊迫程度等多個維度進行統(tǒng)計，并將橋梁的新增病害和發(fā)展病害通過餅圖的方式展現(xiàn)出來，方便管理者對管理的橋梁有直觀的了解。統(tǒng)計查詢見圖4。

圖4 統(tǒng)計查詢

4.5 運營數(shù)據(jù)可視化輔助養(yǎng)護決策

基于GIS+BIM的橋梁養(yǎng)護輔助決策系統(tǒng)可以做到?jīng)Q策的可視化。在BIM模型的基礎上，記錄病害現(xiàn)場照片的圖像數(shù)據(jù)庫能夠為養(yǎng)護決策者進行病害成因分析提供初步判斷，同時通過病害跟蹤模塊和病害修復數(shù)據(jù)模塊，可以將不同檢測時間的病害信息和修復情況相互關聯(lián)，查看病害是否有發(fā)展的趨勢。對存在發(fā)展的病害進行全面的分析，可以制定更全面準確的養(yǎng)護方案。病害修復數(shù)據(jù)見圖5。

圖5 病害修復數(shù)據(jù)

5 結語

本文介紹了在首都新機場北線高速廊坊段項目上基于BIM技術的道路養(yǎng)護管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)相關成果，包含病害體系及系統(tǒng)情況。針對傳統(tǒng)公路養(yǎng)護管理中基礎資料、檢測數(shù)據(jù)，施工期信息各自相互獨立，數(shù)據(jù)不互通造成的數(shù)據(jù)孤島問題，基于GIS+BIM+WEB技術，以結構物為基本單位進行基礎資料數(shù)據(jù)、日常巡檢數(shù)據(jù)、施工期信息的融合。此項技術可以幫助運營養(yǎng)護周期較長的項目提高管理工作效率和養(yǎng)護決策的準確性。