首都新機(jī)場(chǎng)北線高速廊坊段BIM養(yǎng)護(hù)期管理技術(shù)研究

梁海洋

（邢臺(tái)路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，BIM技術(shù)逐漸在公路工程中得到應(yīng)用。由于BIM具有信息集成和可視化的優(yōu)勢(shì)，基于BIM技術(shù)建立的養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)已經(jīng)成為公路養(yǎng)護(hù)管理的新方向。利用BIM技術(shù)，結(jié)合GIS、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等新技術(shù)開發(fā)的首都新機(jī)場(chǎng)北線高速廊坊段項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)，為科學(xué)決策、高效管養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)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(jī)場(chǎng)北線高速公路廊坊段項(xiàng)目是首都新機(jī)場(chǎng)即北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)“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(jī)場(chǎng)高速同時(shí)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(shí)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(jì)區(qū)和首都新機(jī)場(chǎng)的高速通道。

本項(xiàng)目路線全長(zhǎng)9.971km，全線設(shè)特大橋1座、大橋1座、樞紐互通立交2處、服務(wù)型互通立交1處，分離式立交213.06m/2座；主線收費(fèi)站1處，端口收費(fèi)站1處，匝道收費(fèi)站1處，停車區(qū)1處，養(yǎng)護(hù)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(shè)1條空港連接線，總長(zhǎng)6.201km。其中，龍河特大橋全長(zhǎng)5283m，上跨龍河、廊涿高速、G105國(guó)道等，由預(yù)制箱梁、現(xiàn)澆箱梁、鋼混組合等多種結(jié)構(gòu)形式組成。復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式導(dǎo)致施工難度較大。

2 技術(shù)需求

作為重要的國(guó)門路，首都新機(jī)場(chǎng)北線高速公路廊坊段面臨著施工工期短，運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。一條高質(zhì)量的公路只有配合高等級(jí)的管理和養(yǎng)護(hù)才能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。但當(dāng)前還存在重建輕養(yǎng)的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理體制不完善，在養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)期需要信息化系統(tǒng)的支持。此外，更突出的問(wèn)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(xiàng)目各種資料紛繁復(fù)雜，信息零散，形成信息孤島。在養(yǎng)護(hù)管理中表現(xiàn)為無(wú)法精準(zhǔn)定位損壞部位、無(wú)法查看構(gòu)件信息、評(píng)估結(jié)果以及對(duì)管養(yǎng)過(guò)程表達(dá)不夠直觀，管養(yǎng)計(jì)劃無(wú)法準(zhǔn)確有效執(zhí)行，這些問(wèn)題對(duì)公路管養(yǎng)精準(zhǔn)度及效率造成了較大的影響[1]。

3 GIS+BIM技術(shù)

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，簡(jiǎn)稱BIM）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)集成建筑工程的各種相關(guān)信息的數(shù)據(jù)模型。其可以幫助實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，從建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行直至建筑全壽命周期的終結(jié)，各種信息始終整合于一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工單位、設(shè)施運(yùn)營(yíng)部門和業(yè)主等各方人員可以基于BIM進(jìn)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(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。高速公路可以在養(yǎng)護(hù)規(guī)劃、道路設(shè)施精細(xì)化管理、全生命周期養(yǎng)護(hù)等方面充分發(fā)揮信息化模型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將公路資產(chǎn)信息數(shù)據(jù)化、信息化，在整個(gè)運(yùn)維周期中進(jìn)行共享和傳遞。

地理信息系統(tǒng)（GeographicInformationSystem，簡(jiǎn)稱GIS）是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。

借助軟件引擎的模型定位、多模型加載能力，實(shí)現(xiàn)GIS+BIM的公路沿線場(chǎng)景構(gòu)建，不僅完整保留BIM模型原始精度及材質(zhì)，同時(shí)支持矢量、柵格、傾斜、點(diǎn)云等多種數(shù)據(jù)源，并具備豐富的測(cè)量、標(biāo)簽、標(biāo)記、視點(diǎn)等功能。

4 基于BIM技術(shù)的管理養(yǎng)護(hù)平臺(tái)

4.1 平臺(tái)簡(jiǎn)介

本平臺(tái)基于Web+GIS+BIM的系統(tǒng)架構(gòu)，應(yīng)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(hù)管理的平臺(tái)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括WEB端養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)、BIM模型可視化養(yǎng)護(hù)信息平臺(tái)、APP巡檢養(yǎng)護(hù)終端三大模塊。平臺(tái)架構(gòu)見圖1。其中，WEB端養(yǎng)護(hù)管理平臺(tái)為全功能全要素平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)基本信息、用戶、操作痕跡、參數(shù)設(shè)置等的基礎(chǔ)管理功能，以及相關(guān)系統(tǒng)接口管理功能。子模塊有：養(yǎng)護(hù)檢查管理、養(yǎng)護(hù)對(duì)策、維修工程、養(yǎng)護(hù)工程、檔案管理、數(shù)字管理等。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)

BIM模型可視化養(yǎng)護(hù)信息平臺(tái)的核心功能為信息展示、養(yǎng)護(hù)任務(wù)發(fā)布、典型病害可視化等，充分發(fā)揮其可視化優(yōu)勢(shì)，形成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化集聚和管理平臺(tái)，通過(guò)數(shù)據(jù)的模型化載體進(jìn)行基于數(shù)據(jù)的運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理。

App巡檢養(yǎng)護(hù)終端是基于Android開發(fā)的手持?jǐn)?shù)據(jù)采集終端，其核心功能為接收養(yǎng)護(hù)巡檢任務(wù)，并根據(jù)分配的任務(wù)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(xiàng)目編制了《新機(jī)場(chǎng)北向高速廊坊段建養(yǎng)一體化結(jié)構(gòu)設(shè)施BIM編碼標(biāo)準(zhǔn)》，編碼標(biāo)準(zhǔn)封面見圖2。通過(guò)BIM技術(shù)，為每一個(gè)橋梁構(gòu)件、路基、路面建立了精細(xì)化模型，并通過(guò)橋梁編號(hào)、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)組成、部件編碼、構(gòu)件編碼、子構(gòu)件編碼6個(gè)編碼區(qū)（編碼標(biāo)準(zhǔn)編碼分區(qū)見表1），為路線上的每一座橋梁的每一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行詳細(xì)的編碼，并將這些編碼賦予了對(duì)應(yīng)的模型單元。這使每一個(gè)模型單元都可以通過(guò)其唯一的編碼溯源，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的有效掛接。

圖2 編碼標(biāo)準(zhǔn)封面

表1 編碼標(biāo)準(zhǔn)編碼分區(qū)

4.3 養(yǎng)護(hù)檢查

在WEB端系統(tǒng)中，管理者可以根據(jù)養(yǎng)護(hù)需求，制定巡檢、經(jīng)常檢查、定期檢查、特殊檢查任務(wù)，并將其派發(fā)給相應(yīng)的負(fù)責(zé)人，使全線9.971km的巡檢任務(wù)被精確地分配到各個(gè)巡檢小組，巡查任務(wù)可以追溯到專人。BIM與養(yǎng)護(hù)巡檢模塊對(duì)接，實(shí)現(xiàn)基于三維構(gòu)件的橋梁巡檢養(yǎng)護(hù)管理。通過(guò)手機(jī)App實(shí)現(xiàn)公路的日常巡檢、經(jīng)常檢查和定期檢查病害的標(biāo)準(zhǔn)化錄入，通過(guò)BIM構(gòu)件編碼將其掛接到模型上，實(shí)現(xiàn)巡檢養(yǎng)護(hù)內(nèi)容的四維可視化表達(dá)。任務(wù)接收?qǐng)?zhí)行和定期檢查數(shù)據(jù)采集見圖3。

圖3 任務(wù)接收?qǐng)?zhí)行和定期檢查數(shù)據(jù)采集

由于每個(gè)檢測(cè)人員對(duì)橋梁、路基、路面等結(jié)構(gòu)物病害的理解不一樣，導(dǎo)致對(duì)同一病害描述往往出現(xiàn)較大差異的情況。平臺(tái)通過(guò)固化好的檢測(cè)數(shù)據(jù)字典，巡檢人員可以實(shí)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的錄入方式記錄。

4.4 病害快速查詢和統(tǒng)計(jì)

BIM技術(shù)在海量項(xiàng)目數(shù)據(jù)的承載方面表現(xiàn)優(yōu)異，檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)手機(jī)App記錄后實(shí)時(shí)同步至云端數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)，工程數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)共同關(guān)聯(lián)到BIM模型上，使公路管理者可以通過(guò)BIM模型直觀地查看路橋的質(zhì)量狀況。通過(guò)樹形結(jié)構(gòu)查詢或者直接在BIM模型中選擇結(jié)構(gòu)物，可以顯示該結(jié)構(gòu)物的全部病害、位置信息、檢測(cè)人員、檢測(cè)時(shí)間、現(xiàn)場(chǎng)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(duì)橋梁結(jié)構(gòu)病害進(jìn)行全方位展示，對(duì)病害的缺損程度以不同顏色進(jìn)行標(biāo)注，并且關(guān)聯(lián)現(xiàn)場(chǎng)照片、歷史養(yǎng)護(hù)信息及其檢測(cè)數(shù)據(jù)[2-3]。

在項(xiàng)目庫(kù)管理中，可以將每一座橋梁從評(píng)定標(biāo)度、缺損程度、維修緊迫程度等多個(gè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并將橋梁的新增病害和發(fā)展病害通過(guò)餅圖的方式展現(xiàn)出來(lái)，方便管理者對(duì)管理的橋梁有直觀的了解。統(tǒng)計(jì)查詢見圖4。

圖4 統(tǒng)計(jì)查詢

4.5 運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)可視化輔助養(yǎng)護(hù)決策

基于GIS+BIM的橋梁養(yǎng)護(hù)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(chǔ)上，記錄病害現(xiàn)場(chǎng)照片的圖像數(shù)據(jù)庫(kù)能夠?yàn)轲B(yǎng)護(hù)決策者進(jìn)行病害成因分析提供初步判斷，同時(shí)通過(guò)病害跟蹤模塊和病害修復(fù)數(shù)據(jù)模塊，可以將不同檢測(cè)時(shí)間的病害信息和修復(fù)情況相互關(guān)聯(lián)，查看病害是否有發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)存在發(fā)展的病害進(jìn)行全面的分析，可以制定更全面準(zhǔn)確的養(yǎng)護(hù)方案。病害修復(fù)數(shù)據(jù)見圖5。

圖5 病害修復(fù)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了在首都新機(jī)場(chǎng)北線高速廊坊段項(xiàng)目上基于BIM技術(shù)的道路養(yǎng)護(hù)管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)相關(guān)成果，包含病害體系及系統(tǒng)情況。針對(duì)傳統(tǒng)公路養(yǎng)護(hù)管理中基礎(chǔ)資料、檢測(cè)數(shù)據(jù)，施工期信息各自相互獨(dú)立，數(shù)據(jù)不互通造成的數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題，基于GIS+BIM+WEB技術(shù)，以結(jié)構(gòu)物為基本單位進(jìn)行基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)、日常巡檢數(shù)據(jù)、施工期信息的融合。此項(xiàng)技術(shù)可以幫助運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)周期較長(zhǎng)的項(xiàng)目提高管理工作效率和養(yǎng)護(hù)決策的準(zhǔn)確性。