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        基于BIM的高速公路信息化養(yǎng)護管理

        2023-10-31 00:36:49李德鳴
        運輸經(jīng)理世界 2023年17期
        關鍵詞:管理決策病害高速公路

        李德鳴

        (甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司,甘肅蘭州 730030)

        0 引言

        高速公路是承載社會經(jīng)濟發(fā)展的大動脈,其運行安全性關乎百姓的出行安全及社會的安定和諧,因此,高速公路的養(yǎng)護管理工作至關重要。隨著近幾年我國建設發(fā)展速度的不斷加快,人們對其養(yǎng)護管理的質(zhì)量和水平也提出更高要求。在現(xiàn)代信息技術普及應用的背景下,將BIM 技術應用到高速公路養(yǎng)護管理中,推動相關工作信息化、智能化發(fā)展,已成為當下高速公路養(yǎng)護管理創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。

        因此,了解高速公路養(yǎng)護管理的現(xiàn)狀,明確BIM技術融合應用的必要性與可行性,并對基于BIM 的高速公路信息化養(yǎng)護管理模式進行分析探討是非常必要的,對全面提升高速公路養(yǎng)護管理水平具有積極的現(xiàn)實意義。

        1 高速公路養(yǎng)護管理現(xiàn)狀

        1.1 高速公路養(yǎng)護管理特點

        現(xiàn)階段我國高速公路養(yǎng)護管理工作主要有以下幾個特點:

        一是養(yǎng)護管理工作體量大,且總體的養(yǎng)護管理工作量及養(yǎng)護管理成本呈逐年遞增趨勢,使得養(yǎng)護管理的工作難度不斷增加。如何進一步優(yōu)化養(yǎng)護管理決策體系,實現(xiàn)養(yǎng)護管理工作提質(zhì)增效,全面提升養(yǎng)護管理資源的利用率,已成為亟須解決的問題。

        二是日常養(yǎng)護管理工作主要集中在壞舊道路設施更換、路面病害修補處理等方面,仍屬于消極防御型養(yǎng)護,養(yǎng)護管理工作相對被動,缺乏主動預判和消除問題隱患的意識和能力。對于路面病害狀況的評估和養(yǎng)護,在管理決策的制定上仍以“經(jīng)驗法”為主,評估的準確性和決策的科學性受養(yǎng)護管理人員專業(yè)素養(yǎng)、主觀意識及工作經(jīng)驗的影響較大,難以保證養(yǎng)護管理的質(zhì)量和效率。

        三是養(yǎng)護信息的管理模式相對落后。養(yǎng)護管理過程中,信息的記錄和傳遞多采用二維圖紙、養(yǎng)護管理記錄等紙質(zhì)資料的形式,不僅容易丟失、損壞,而且信息的傳遞效率較低。

        同時,由于缺乏統(tǒng)一的養(yǎng)護管理協(xié)同工作平臺,各部門多為獨立運作,部門間的溝通交流較少,存在較為明顯的“信息孤島”現(xiàn)象,從而影響?zhàn)B護管理工作的時效性[1]。

        1.2 BIM 技術在高速公路養(yǎng)護管理中的應用現(xiàn)狀

        隨著技術完善性和成熟度的不斷提升,BIM 技術的應用愈發(fā)廣泛。從現(xiàn)階段實際情況來看,國內(nèi)對于BIM 技術的應用主要集中在房建工程領域,而公路行業(yè)對于BIM 技術的應用多集中在公路橋梁的設計和施工階段,在運維階段則少有應用。目前,僅有北京、上海、江蘇、浙江等地區(qū)的一些重要高速公路養(yǎng)護工程項目中進行了BIM 技術的示范性融合應用??梢?,現(xiàn)階段我國高速公路養(yǎng)護管理部門(單位)對于BIM技術在養(yǎng)護中的應用價值的認知還有待提高,需要系統(tǒng)性、深入性的研究。

        根據(jù)權威部門對現(xiàn)階段高速公路養(yǎng)護管理中BIM技術應用情況的調(diào)研分析可以看出,養(yǎng)護管理單位對于BIM 技術的應用還主要集中在道路檢測、3D 可視化功能應用、模型構(gòu)建等方面,而基于BIM 技術進行高速公路養(yǎng)護信息一體化管理平臺構(gòu)建、養(yǎng)護決策智能化分析、養(yǎng)護管理效果智能化評估、應急管理預案模擬分析則比較少見。

        由此可見,目前BIM 技術在我國高速公路養(yǎng)護行業(yè)中的應用深度和廣度還遠遠不夠,需要進一步加強此方面的研究和實踐[2]。

        2 BIM 在高速公路養(yǎng)護管理中的應用必要性與可行性

        2.1 必要性分析

        養(yǎng)護管理期是高速公路全壽命周期中最長、最重要的階段。此階段的工作質(zhì)量對于高速公路的使用壽命和安全性具有決定性的影響,因此工作過程中需要最大限度地保證養(yǎng)護管理決策和措施的科學性。這就需要養(yǎng)護管理單位全面收集高速公路從規(guī)劃設計到施工建設再到竣工整個過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)信息,以此為科學制定養(yǎng)護管理決策和措施提供充分、可靠的資料依據(jù)。

        通過在建筑領域的應用情況可以看出,BIM 技術的應用能夠在項目建設過程中為設計、建設、施工等參建主體提供一個良好的數(shù)據(jù)信息傳遞、共享平臺,使各方數(shù)據(jù)資料得到統(tǒng)籌管理,從而有效保證項目資料的完整性和統(tǒng)一性。

        由此可見,在高速公路設計、施工階段引入BIM技術并將其延伸應用到養(yǎng)護管理階段是非常必要的,一方面能夠保證高速公路技術資料和數(shù)據(jù)信息獲取的全面性,另一方面可由建設階段構(gòu)建的BIM 模型直接轉(zhuǎn)化生成養(yǎng)護管理基礎模型,從而為養(yǎng)護管理決策和措施的科學制定提供強有力的支持,使高速公路的養(yǎng)護管理質(zhì)量和效率得到大幅度提升[3]。

        2.2 可行性分析

        現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展及BIM 技術在建筑行業(yè)的普及應用,大幅度提升BIM 技術在高速公路養(yǎng)護管理中的應用可行性,為二者的完美融合奠定堅實基礎。例如,在現(xiàn)代信息技術發(fā)展方面,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、傳感器、5G 通信等信息技術的發(fā)展為BIM 技術在高速公路養(yǎng)護管理中的應用提供有力技術支撐,基于上述信息技術,可通過車載掃描儀或無人機搭載檢測儀器的方式,對高速公路進行更高效的巡檢;可通過在關鍵節(jié)點或設施上安裝電子傳感器的方式進行數(shù)據(jù)信息的實時采集;可通過無線通信設備實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)信息的高速傳輸,從而為BIM 參數(shù)模型的構(gòu)建、管理決策的智能化分析等功能的實現(xiàn)提供支撐[4]。

        3 基于BIM 技術的高速公路信息化養(yǎng)護管理模式

        3.1 基于BIM 技術采集養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)

        數(shù)據(jù)信息采集是開展高速公路養(yǎng)護管理工作的首要環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)信息采集的全面性、準確性與及時性,對于養(yǎng)護管理工作的質(zhì)量和效率具有十分顯著的影響。傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理模式中,由于設備、技術、采集方式相對落后,使得數(shù)據(jù)信息采集的質(zhì)量和時效無法得到有效保障,從而影響高速公路的養(yǎng)護管理質(zhì)量。如今,通過BIM 技術的融合應用,可有效解決上述問題,全面提升養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)的采集能力。

        一是通過GPS、GIS、陀螺儀、高清數(shù)字攝影攝像等信息技術的整合,構(gòu)建養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)移動采集終端,通過移動(車載或無人機載)激光全息掃描的方式,快速獲取高速公路的高精度激光點云數(shù)據(jù)以及高清數(shù)碼照片,以此實現(xiàn)養(yǎng)護管理現(xiàn)場地理空間數(shù)據(jù)信息及環(huán)境實景信息的快速采集,全面收集高速公路全線路況、沿線構(gòu)筑物及設備的相關數(shù)據(jù)信息,為養(yǎng)護管理工作的開展奠定良好基礎。

        二是基于無線通信技術,將前端采集的數(shù)據(jù)信息實時回傳至BIM 平臺中,以此實現(xiàn)高速公路三維地理空間參數(shù)信息、實景信息與BIM 內(nèi)部資料信息的整合,形成完整、詳細的養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)信息庫。與此同時,利用車載Li-DAR 設備、高清影像采集設備、慣導設備對公路路面信息進行系統(tǒng)采集,并整合到養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)信息庫中。

        養(yǎng)護管理過程中,利用計算機技術對上述數(shù)據(jù)信息庫中的各類數(shù)據(jù)信息進行計算分析,便可得到養(yǎng)護區(qū)域路面平整度(IRI)、車轍深度指數(shù)(RDI)等路況信息數(shù)據(jù)和參數(shù)指標,將計算結(jié)果與規(guī)范標準進行比對,便可準確識別路面病害問題、評估路面安全性,從而為路面養(yǎng)護管理工作的開展提供科學依據(jù)。

        3.2 基于BIM 技術構(gòu)建養(yǎng)護管理模型

        基于BIM 技術構(gòu)建立體化的養(yǎng)護管理模型,可幫助養(yǎng)護管理單位更加直觀地了解高速公路現(xiàn)狀,更加快捷地確定病害位置、制訂養(yǎng)護管理方案。

        一是在養(yǎng)護管理階段應用BIM 技術,可直接對公路設計、施工階段構(gòu)建的BIM 三維建筑模型進行轉(zhuǎn)化,獲得包含公路結(jié)構(gòu)劃分、平面、縱橫面、構(gòu)造物、交通附屬設施等眾多建設參數(shù)信息的養(yǎng)護管理模型,通過系統(tǒng)操作,養(yǎng)護管理人員便可完成高速公路各項屬性信息的可視化查詢,從而為養(yǎng)護管理工作的高效化開展奠定良好基礎。

        二是養(yǎng)護管理過程中,工作人員可將BIM 養(yǎng)護管理可視化模型與養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)信息庫相關聯(lián)。此時,養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)移動采集終端獲取的道路數(shù)據(jù)信息會實時更新到BIM 模型中,養(yǎng)護人員通過操作BIM 模型,便可實現(xiàn)病害的全方位查找分析,在基礎上再結(jié)合BIM 模型提供的詳細參數(shù)信息,快速完成病害評估和養(yǎng)護方案制定。

        3.3 基于BIM 技術進行日常巡檢監(jiān)測

        日常巡檢監(jiān)測是高速公路養(yǎng)護管理工作的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理模式下,日常巡檢監(jiān)測工作普遍存在工作強度大、效率低、識別能力不足的問題,無法充分發(fā)揮此項工作的作用,影響高速公路養(yǎng)護管理效果。而BIM 技術的應用則可顯著提升日常巡檢監(jiān)測工作的質(zhì)量和效率。

        一是養(yǎng)護人員在巡檢過程中,可隨時利用移動終端設備調(diào)取、查看BIM 養(yǎng)護管理模型,了解當前路段的道路結(jié)構(gòu)信息和養(yǎng)護維修歷史記錄,從而明確巡檢監(jiān)測的重點,使工作更具針對性和實效性。

        二是巡檢過程中,養(yǎng)護人員可利用移動終端設備對現(xiàn)場信息、病害信息進行采集,并及時上傳至信息化養(yǎng)護管理平臺。后方技術人員在收到前端信息后,可調(diào)取對應的BIM 模型對病害位置、類型、嚴重程度進行科學分析,同時,將前端采集數(shù)據(jù)與BIM 養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫中的標準數(shù)據(jù)參數(shù)進行對比,以此對病害形成更準確的判斷,制訂出更合理的養(yǎng)護維修方案。而前端巡檢人員此時可通過移動終端設備獲取后方提供的養(yǎng)護維修方案,并結(jié)合BIM 模型明確工作細節(jié)和要點,從而提升巡檢養(yǎng)護工作的效率和質(zhì)量。

        三是高速公路建設過程中,可在重要結(jié)構(gòu)、節(jié)點、設備、構(gòu)筑物中安裝電子傳感器,利用傳感器對特定參數(shù)指標進行實時的采集監(jiān)測。同時,利用GIS 技術獲取每個傳感器的位置坐標,利用IoT 技術將傳感器對BIM 平臺連接,使每個傳感器的位置坐標同步到BIM 養(yǎng)護管理模型中。此時,若某個傳感器的監(jiān)測數(shù)值超出標準限值(即存在故障風險或安全風險),BIM模型中該傳感器所在位置(坐標點)便會出現(xiàn)提示信息。養(yǎng)護管理人員可根據(jù)信息快速到達故障現(xiàn)場進行檢查、維修,從而大大提升養(yǎng)護管理的效率[5]。

        3.4 基于BIM 技術開展養(yǎng)護決策分析

        養(yǎng)護管理決策的科學性,是影響高速公路養(yǎng)護管理效率、質(zhì)量、成本的重要因素。傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理模式中,人們在制定養(yǎng)護管理決策時,更多地依賴于養(yǎng)護人員的專業(yè)能力和工作經(jīng)驗,存在較為明顯的主觀因素干擾。而基于BIM 技術開發(fā)的道路養(yǎng)護決策系統(tǒng)的應用,則可有效減少人為因素、主觀因素對養(yǎng)護管理決策的干擾,最大限度地保證高速公路養(yǎng)護管理決策的科學性。

        該系統(tǒng)的技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩個方面:

        一是系統(tǒng)中設立不同評價單元的損壞狀況批量導入功能,該功能與BIM 養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫相連接,可根據(jù)使用者需求,從BIM 養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)庫中提取采集、儲存的病害數(shù)據(jù)信息,然后利用大數(shù)據(jù)分析技術、人工智能技術,結(jié)合《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)中的標準,智能分析、計算公路當前的技術狀況分值,并提供病害評估、修正參考等功能,幫助養(yǎng)護技術人員做出最合理的養(yǎng)護管理決策。

        二是該系統(tǒng)能夠根據(jù)高速公路年度養(yǎng)護管理資金預算,依據(jù)經(jīng)濟效益最大化的原則,通過凈現(xiàn)值、線性規(guī)劃法、收益率等經(jīng)濟分析方法,智能編制出養(yǎng)護管理資金利用率最高的養(yǎng)護資金分配方案,并基于該方案和養(yǎng)護人員設定的養(yǎng)護決策編制規(guī)則,自動生成與之配套的養(yǎng)護工程計劃、維修預算計劃等。相較于傳統(tǒng)的養(yǎng)護管理決策編制方式,上述以BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能為技術支撐的現(xiàn)代化編制方式,不僅效率更高,而且決策內(nèi)容均是基于大量可靠數(shù)據(jù)的分析計算所形成的,更具有科學性。

        4 結(jié)語

        綜上所述,隨著現(xiàn)代信息技術的快速發(fā)展和普及應用,BIM 技術在高速公路養(yǎng)護管理中的融合應用,已成為高速公路養(yǎng)護管理工作現(xiàn)代化發(fā)展的必然趨勢。在此背景下,養(yǎng)護管理單位應深刻認識BIM 技術在高速公路養(yǎng)護管理中的應用必要性和可行性,掌握基于BIM 技術進行養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)采集、養(yǎng)護管理模型構(gòu)建、日常巡檢監(jiān)測、養(yǎng)護決策分析制定的方法,充分利用BIM 技術的優(yōu)勢,提升高速公路養(yǎng)護管理的質(zhì)量和水平。

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