司友強(qiáng)，潘 濤

(山東高速股份有限公司臨沂運(yùn)管中心，山東 棗莊 277000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展日新月異。目前我國提出交通強(qiáng)國發(fā)展戰(zhàn)略，著力打造立體化，智能化的交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。截止到2019年年底，我國公路通車總里程達(dá)496萬km，位居世界第一位。道路全生命周期管理傳統(tǒng)上強(qiáng)調(diào)材料的生產(chǎn)和施工階段，較少關(guān)注使用階段。隨著通車總里程的不斷增加，傳統(tǒng)的道路管理模式已不能滿足社會(huì)發(fā)展多樣化需求，全生命周期管理模式逐漸成為工程管理的發(fā)展趨勢(shì)。

全生命周期管理是包括勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、管理、維護(hù)直到廢棄重建的涉及整個(gè)項(xiàng)目全生命周期的管理模式。趙慶亮等[1]從道路全生命周期角度出發(fā)研究設(shè)計(jì)了基于GIS和商業(yè)智能技術(shù)的管理系統(tǒng)，為管理者的科學(xué)決策提供技術(shù)支持。Umair等[2]利用近十年來發(fā)表的全生命周期成本分析和全生命周期評(píng)估研究的關(guān)鍵文獻(xiàn)綜述，準(zhǔn)確地分析所有全生命周期階段現(xiàn)金和資源流動(dòng)以及與整體可持續(xù)性相關(guān)聯(lián)的績效，為新建或養(yǎng)護(hù)現(xiàn)有道路的決策方案提供幫助。Hiroshi等[3]介紹了基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)架構(gòu)并在路橋養(yǎng)護(hù)管理中得到實(shí)際的應(yīng)用。Alejandra等[4]通過總結(jié)分析文獻(xiàn)綜述，介紹了全生命周期在道路建設(shè)中的應(yīng)用。周勇等[5]對(duì)青島海灣大橋從耐久性設(shè)計(jì)，精細(xì)化施工和狀態(tài)監(jiān)測(cè)科學(xué)評(píng)估等全生命周期理念建立橋梁管養(yǎng)技術(shù)。道路全生命周期管理從總體上可分為兩個(gè)階段，勘察、設(shè)計(jì)、施工等可作為前期的建設(shè)管理階段，運(yùn)營管理、維護(hù)作為后期的運(yùn)維階段。從全生命周期角度出發(fā)，通過合理的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工為后期的運(yùn)營、管理、維護(hù)提供技術(shù)保障。

1 建設(shè)管理

在建設(shè)管理階段，隨著信息化智能化的發(fā)展，BIM+GIS的跨界融合發(fā)展成為未來技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。BIM是將現(xiàn)代信息化、三維可視化技術(shù)應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域中，建立高精度的三維可視化模型，并賦予信息，這些信息包括三維實(shí)體數(shù)據(jù)和表面數(shù)據(jù)[6]，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目的直觀模型模擬和關(guān)鍵技術(shù)、部位的提前模擬演練，保證工程安全可靠性。BIM技術(shù)能夠清晰地反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件的細(xì)部構(gòu)造和構(gòu)件連接狀況，反映管線走向等，有助于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的精細(xì)化微觀管理。GIS技術(shù)能夠從宏觀上直觀展示三維地理信息，將影像數(shù)據(jù)、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等和GIS矢量數(shù)據(jù)集成，三維呈現(xiàn)項(xiàng)目周圍環(huán)境空間場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的三維空間地理信息、城市發(fā)展規(guī)模、人口分布及現(xiàn)階段發(fā)展進(jìn)程的可視化，了解城市建筑空間分布、地質(zhì)塌陷、周邊環(huán)境等地理信息。將BIM與GIS結(jié)合，可以將BIM的微觀數(shù)據(jù)與GIS的宏觀數(shù)據(jù)充分結(jié)合利用，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。在規(guī)劃階段，BIM與GIS技術(shù)可以進(jìn)行場(chǎng)地規(guī)劃和方案論證等。在設(shè)計(jì)階段，BIM與GIS技術(shù)可以為設(shè)計(jì)師提供地理空間信息使道路設(shè)計(jì)在宏觀場(chǎng)景下直觀可視化。在施工階段，BIM與GIS技術(shù)可以進(jìn)行工程管理，模擬施工組織進(jìn)度進(jìn)行進(jìn)度監(jiān)控，對(duì)施工過程中重難點(diǎn)技術(shù)問題提前演練等，使施工過程更規(guī)范，更可靠。

目前對(duì)于BIM與GIS的組合應(yīng)用面臨的主要問題是多元數(shù)據(jù)融合和模型的精確定位。BIM軟件有很多種，輸出格式各異，如何將BIM的多元化數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)融合并將BIM模型與GIS三維地理信息進(jìn)行精確的匹配是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。陳光等[7]提出一種基于City GML模型標(biāo)準(zhǔn)，并通過模型轉(zhuǎn)換后的市政道路BIM模型與三維GIS數(shù)據(jù)的集成方法，為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)提供新的創(chuàng)新思路。

2 運(yùn)維階段

道路全生命周期管理的核心階段是運(yùn)維階段。目前國內(nèi)外主要基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)建立道路云運(yùn)營管理平臺(tái)。平臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)調(diào)用、狀態(tài)評(píng)估、預(yù)測(cè)決策、狀態(tài)預(yù)警等部分。許輝等[8]對(duì)道路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)從架構(gòu)和功能層分別進(jìn)行總結(jié)分析，詳細(xì)闡述了養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)的組成架構(gòu)。王九勝等[9]針對(duì)目前養(yǎng)護(hù)管理混亂，數(shù)據(jù)利用率較低，科學(xué)決策程度低等弊端建立了基于互聯(lián)網(wǎng)+養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)。該平臺(tái)在一定程度上提高了檢測(cè)到預(yù)測(cè)的管理水平，但是對(duì)于數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)挖掘和決策的智能化沒有得到有效的提高。

對(duì)于公路，橋梁，隧道狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集，目前主要依靠人工和自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)。人工采集主要是指人工徒步檢查道路病害數(shù)據(jù)并記錄病害的詳細(xì)信息。目前部分平臺(tái)通過手機(jī)終端APP或微信掃描二維碼實(shí)時(shí)將病害數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，管理者通過平臺(tái)快速掌握病害詳細(xì)信息和位置狀況，使管養(yǎng)水平得到提高。但是其仍然需要人工檢測(cè)，耗費(fèi)大量勞動(dòng)力，效率較低。對(duì)于自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，主要通過相機(jī)拍照、視頻錄像、傳感器等技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)。對(duì)于公路運(yùn)營狀態(tài)的采集目前通過自動(dòng)化技術(shù)采集的數(shù)據(jù)同樣需要后期的人工處理，效率較低。而對(duì)于橋梁與隧道的工作狀態(tài)主要通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁與隧道的變形，通過位移大小判斷其結(jié)構(gòu)性能。

目前我國數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集技術(shù)有了很大的突破，但是對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理技術(shù)是目前面臨的主要問題。通過自動(dòng)化采集的數(shù)據(jù)只能后期通過人工干預(yù)識(shí)別病害，效率較低。周游佳[10]等介紹了國內(nèi)第一臺(tái)全自動(dòng)數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的多功能檢測(cè)車。該檢測(cè)車通過激光和相機(jī)結(jié)合，實(shí)時(shí)采集道路裂縫，車轍，坑槽等病害狀況并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理得到技術(shù)狀況指標(biāo)。該技術(shù)為我國實(shí)現(xiàn)交通智能化、數(shù)字化提供了技術(shù)支持。隨著我國交通智能化的發(fā)展，車路協(xié)同與無人駕駛技術(shù)成為未來發(fā)展的趨勢(shì)。通過主動(dòng)感知技術(shù)、數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別處理技術(shù)以及信息動(dòng)態(tài)交互技術(shù)，同時(shí)應(yīng)用自動(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化、智能化數(shù)據(jù)采集。

目前國內(nèi)管理平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)主要有兩種方式：第一是將采集的數(shù)據(jù)通過人工識(shí)別或機(jī)器識(shí)別進(jìn)行處理，將病害數(shù)據(jù)上傳至管理平臺(tái)；第二種是將采集的原始數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)并通過模型算法實(shí)現(xiàn)對(duì)病害的識(shí)別與存儲(chǔ)。隨著云存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，將采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至云數(shù)據(jù)庫中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的精確調(diào)用與處理將是未來研究的重點(diǎn)。

運(yùn)維階段是全生命周期管理的核心，是實(shí)現(xiàn)對(duì)道路狀況的預(yù)測(cè)與科學(xué)決策運(yùn)維階段的核心。目前國內(nèi)的管理平臺(tái)僅通過數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入檢測(cè)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算道路技術(shù)狀況指標(biāo)，缺少關(guān)鍵的預(yù)測(cè)決策模型。馮友鵬等[11]對(duì)瀝青混凝土路面病害進(jìn)行病害分級(jí)，并根據(jù)等級(jí)和經(jīng)濟(jì)性作出養(yǎng)護(hù)決策方案。隨著原始數(shù)據(jù)的積累和技術(shù)的進(jìn)步，未來通過對(duì)道路數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集與實(shí)時(shí)評(píng)估分析，得到道路當(dāng)前技術(shù)狀況指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)利用采集的原始數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)道路性能未來發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)作出科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)成本和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量最優(yōu)化。

3 全生命周期管理框架

道路全生命周期管理包括前期的建設(shè)管理階段和后期的運(yùn)營維護(hù)階段(圖1)。將規(guī)劃設(shè)計(jì)至竣工驗(yàn)收階段的基于BIM+GIS的模型數(shù)據(jù)上傳至云管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，通過采集的數(shù)據(jù)與模型建設(shè)中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為后期的預(yù)測(cè)決策提供數(shù)據(jù)支持。通過巡檢模塊采集的數(shù)據(jù)同樣存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，評(píng)估系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)挖掘和人工智能技術(shù)能夠自動(dòng)識(shí)別異常數(shù)據(jù)并對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)估。同時(shí)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地將病害信息進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)自主科學(xué)決策。

圖1 道路全生命周期管理框架圖

4 結(jié)語

(1)對(duì)道路全生命周期管理現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)，從建設(shè)管理和運(yùn)營維護(hù)兩個(gè)階段分別分析研究了在信息化和智能化大背景下道路全生命周期管理發(fā)展趨勢(shì)。

(2)在建設(shè)管理階段總結(jié)分析了基于BIM+GIS在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用。

(3)在運(yùn)營維護(hù)階段，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和挖掘、預(yù)測(cè)和決策分析等不同的角度進(jìn)行總結(jié)，搭建全生命周期管理系統(tǒng)和日常養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)框架，并對(duì)未來研究方向進(jìn)行分析。

通過對(duì)BIM與GIS原始數(shù)據(jù)的合理應(yīng)用，同時(shí)依托車路協(xié)同、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)駕駛等自動(dòng)化、智能化技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)道路基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境主動(dòng)感知、病害自動(dòng)識(shí)別、信息動(dòng)態(tài)交互、實(shí)時(shí)科學(xué)決策的智能化道路云管理平臺(tái)建設(shè)。