探索BIM技術(shù)在市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

朱柯松

（1.河北地質(zhì)大學(xué)城市地質(zhì)與工程學(xué)院；2.徐州市市政管理處）

1 引言

目前，“建養(yǎng)并重”是我國市政道路設(shè)施發(fā)展進(jìn)入新時(shí)期的標(biāo)志，BIM（Buiding Information Model）技術(shù)已有能力在道路設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工階段支撐項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用。但BIM技術(shù)價(jià)值周期長、養(yǎng)護(hù)資金短缺、傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)模式和習(xí)慣制約、政策要求不明確等諸多因素導(dǎo)致建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)的數(shù)據(jù)壁壘尚未被打破，BIM技術(shù)在市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理中沒有得到廣泛應(yīng)用。

本文立足路橋工程中BIM技術(shù)運(yùn)用實(shí)例展開探究，以分析BIM技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，探討B(tài)IM技術(shù)在市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中應(yīng)用的創(chuàng)新點(diǎn)與新方法。

2 BIM的概念和國內(nèi)研究及應(yīng)用綜述

2.1 BIM相關(guān)概念

當(dāng)前所述的“BIM”，本義理當(dāng)是“B.I.M.”，即——建筑信息模型“Buiding Infor‐mation Model”。20世紀(jì)90年代，G.A.van Nederveen[1]和F.P.Tolman教授，在他們開展研究的歷程中，提煉并歸納出“建筑產(chǎn)品模型（Building Product Model）”以 及“產(chǎn)品信息化模型（Product Information Model）”兩個(gè)觀點(diǎn)，隨著后續(xù)研究的推進(jìn)并整合其觀點(diǎn)的主要特征[1]，為BIM定義，期望參與項(xiàng)目的各方都能從項(xiàng)目的各個(gè)層面和不同角度整合盡可能多的信息和內(nèi)容[1]。

BIM有多種定義或解釋，行業(yè)內(nèi)對(duì)BIM的認(rèn)識(shí)大致有三個(gè)層次。

第一是應(yīng)用軟件；

第二是建筑文檔數(shù)字處理和信息加工的過程；

第三是建筑領(lǐng)域里的一種新的標(biāo)準(zhǔn)樣式，策動(dòng)利益相關(guān)各方在該項(xiàng)目中施展效用。麥格勞希爾（McGraw-Hill）在2009年市場研究報(bào)告《BIM的商業(yè)價(jià)值》（BIM Business Value）中對(duì)BIM的定義是：“BIM是利用數(shù)字模型來實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的過程”[2][16]。

美國的國家BIM標(biāo)準(zhǔn)概念界定為：“BIM是設(shè)施（建筑項(xiàng)目）的物理和功能特征的數(shù)字表達(dá)；BIM是共享的知識(shí)資源[16]，是分享有關(guān)設(shè)施信息并為該設(shè)施全生命周期（從概念到拆除）中所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項(xiàng)目不同階段，BIM作為一種知識(shí)資源，支持不同利益主借此插入、提取、更新和修改信息，支持和反映各自職責(zé)范圍內(nèi)的工作協(xié)作”[2]。

2.2 國內(nèi)道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中BIM的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國愈來愈多的道路養(yǎng)護(hù)單位已逐漸重視BIM技術(shù)在項(xiàng)目全生命周期中的作用，并各自嘗試在道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中引入BIM技術(shù)。筆者以京、滬、蘇、浙等發(fā)達(dá)省市應(yīng)用案例，闡述當(dāng)下國內(nèi)BIM應(yīng)用情況。

以運(yùn)營公司和公聯(lián)公司為代表的北京市養(yǎng)護(hù)運(yùn)營單位，將BIM技術(shù)在路橋大、中型維修工程等各自類別項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用示范[3-4]，且重點(diǎn)關(guān)注建立BIM基礎(chǔ)上的管養(yǎng)平臺(tái)，但在以BIM為基礎(chǔ)的道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)上，缺乏系統(tǒng)的研究和指導(dǎo)。上海在推進(jìn)BIM技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用上樹立了良好的典范，相應(yīng)政策的配套支持也處于全國領(lǐng)先[5-7]，由浙江路橋重大改造、G320公路改造、延安東路隧道大修等[6]可以看出，已將BIM技術(shù)積極運(yùn)用到重點(diǎn)養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目上；但是在基礎(chǔ)設(shè)施的日常管養(yǎng)中，應(yīng)用不多。江蘇省出臺(tái)了《BIM應(yīng)用實(shí)施意見》[9]，率先推出公路行業(yè)BIM地方標(biāo)準(zhǔn)[10]，啟動(dòng)了以“試點(diǎn)、拓展、集成”三運(yùn)用的三年行動(dòng)規(guī)劃，在BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用上，發(fā)揮企業(yè)主體、利用市場推動(dòng)，旨在為革新“蘇式養(yǎng)護(hù)”輸入動(dòng)能與契機(jī)。浙江省道路設(shè)施的建設(shè)根底良好，以樂清灣跨海大橋、甌江北口大橋、金華山隧道、富翅門大橋等重點(diǎn)項(xiàng)目[11-12]為典型，在方案設(shè)計(jì)和項(xiàng)目施工中，BIM技術(shù)的運(yùn)用取得了優(yōu)良成效，但在道路設(shè)施上，欠缺養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目應(yīng)用示范及政策支撐。江西省吉水贛江二橋工程，通過BIM實(shí)現(xiàn)同平臺(tái)下設(shè)計(jì)的管理與協(xié)同，準(zhǔn)確完成3D模型并提供生動(dòng)展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)三維模型糾錯(cuò)[16]，在有足夠組件模板庫的前提下，提高了整體橋梁建模的效率，尤其是設(shè)計(jì)修改的效率大大提高[16]。云南貴州共建的北盤江大橋項(xiàng)目，施工單位引入BIM技術(shù)，為橋梁的設(shè)計(jì)、施工和安監(jiān)提供直接高效的信息服務(wù)。

整體來說，國內(nèi)目前大多將BIM技術(shù)應(yīng)用于大、中修工程的設(shè)計(jì)、施工階段，仍處于試點(diǎn)應(yīng)用及推衍擴(kuò)大階段?？梢姡?dāng)前我國道路養(yǎng)護(hù)單位對(duì)道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中BIM應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)識(shí)還存在欠缺，BIM在道路的設(shè)施管養(yǎng)和運(yùn)維中，還缺乏實(shí)際應(yīng)用。由此，將BIM技術(shù)應(yīng)用于道路設(shè)施管養(yǎng)中的遠(yuǎn)景十分寬廣。

3 市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中BIM的應(yīng)用內(nèi)容與方向

3.1 市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)作業(yè)內(nèi)容

《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ 36—2016）[13]規(guī)定：城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)應(yīng)包括道路設(shè)施的檢查評(píng)價(jià)、養(yǎng)護(hù)工程和技術(shù)檔案管理；城鎮(zhèn)道路應(yīng)定期進(jìn)行日常巡查、檢測評(píng)價(jià)，并應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果制定年度維修計(jì)劃及中期道路規(guī)劃。本文涉及的道路設(shè)施，包括城市道路（城市內(nèi)部高速公路及城市道路主干道）、城市橋梁、城市隧道。

3.2 市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中BIM運(yùn)用模型構(gòu)想與應(yīng)用方向

以徐州市新城區(qū)市政道路設(shè)施管養(yǎng)為例，主體業(yè)務(wù)主要由五大模塊構(gòu)成。

①設(shè)施巡管，包括重點(diǎn)設(shè)施狀態(tài)檢查和管理，以及相應(yīng)的臺(tái)賬信息。

②日常養(yǎng)護(hù)，包括日常檢查、維護(hù)，預(yù)防性維護(hù)和臺(tái)賬信息管理等。

③集中維修，包含中小修項(xiàng)目的計(jì)劃、決策及實(shí)施。

④檢測工作，包括道路、橋梁的定期檢測（含常規(guī)檢測及結(jié)構(gòu)性檢測、特殊檢測）、高架、隧道、地下通道等結(jié)構(gòu)性檢測，以及養(yǎng)護(hù)質(zhì)量檢測（養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)。

⑤安全運(yùn)營，主要針對(duì)大型橋梁、隧道等重點(diǎn)設(shè)施。

⑥其他業(yè)務(wù)，如應(yīng)急搶修、隱患處置等[15]。

此階段BIM的應(yīng)用，應(yīng)立足養(yǎng)護(hù)工作的實(shí)際情況和現(xiàn)實(shí)需求，定位養(yǎng)護(hù)對(duì)象自身的工程屬性來確定。模型構(gòu)想見圖1。

圖1 模型構(gòu)想圖

3.2.1 設(shè)施巡管

以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)，可對(duì)道路設(shè)施狀況的日常巡檢，完成相關(guān)信息的推送、收集、上傳、比較和發(fā)布[14]。移動(dòng)檢測有利于道路設(shè)施日常檢測的信息維護(hù)和管理、疾病點(diǎn)的準(zhǔn)確定位、維修信息方案的快速顯示，降低維修成本，提高設(shè)備維修及數(shù)據(jù)查報(bào)效率。基于BIM技術(shù)構(gòu)建資產(chǎn)管理沙盤模型，為管理數(shù)據(jù)資產(chǎn)帶來可視性，施工管理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的歷史采集、設(shè)備狀態(tài)的關(guān)聯(lián)，為關(guān)鍵設(shè)施的安全提供保障，提升移動(dòng)集成管理的效能，提高數(shù)字資產(chǎn)全生命周期的管理能力。

3.2.2 日常養(yǎng)護(hù)

基于BIM的道路病害移動(dòng)檢測技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)檢測記錄上傳、軌跡可視化管理、隧道檢測管理等服務(wù)，提高檢測效率。同時(shí)，BIM技術(shù)可關(guān)聯(lián)維修預(yù)算與病害狀態(tài)、開展小修保養(yǎng)全過程可視化分析、提供預(yù)防維修的提醒和決策輔助。將BIM技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)建病害模型形成體系化的建模方案，可使其在日常的養(yǎng)護(hù)工作中更富指導(dǎo)意義，實(shí)現(xiàn)語義下路面病害可視表現(xiàn)，輔助研判不同病害的成因及發(fā)展趨勢，提高維修費(fèi)用測算的科學(xué)性，打通資金管理單位與申請人之間高效溝通的橋梁，拉長設(shè)施的生命周期，提高投資維修資金的效益比。

3.2.3 集中維修

實(shí)施前，基于BIM技術(shù)進(jìn)行檢測評(píng)估，實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的呈現(xiàn)并研判趨勢，有助于科學(xué)檢測和結(jié)果評(píng)估。可以達(dá)到分析投入養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)效益比的目的，比較和選擇維修方案，使決策更加科學(xué)高效。在實(shí)施維修工程中，運(yùn)用BIM建?？蓪?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工的三維呈現(xiàn)，輔助進(jìn)行進(jìn)展?fàn)顟B(tài)管理、交通安全模擬分析、施工安全沉浸培訓(xùn)和教育。有效管理維修工程的造價(jià)、施工進(jìn)展、作業(yè)效率、施工安全及維修質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的協(xié)同。

3.2.4 檢測工作

傳統(tǒng)的檢測多采用人工方式，針對(duì)結(jié)構(gòu)上的專項(xiàng)與應(yīng)急檢測，以人員目視并輔助儀器開展檢測工作，對(duì)構(gòu)件的形變、裂縫、腐蝕等病害，進(jìn)行判別和記錄，以紙質(zhì)或照片的方式存儲(chǔ)相關(guān)信息，后據(jù)此進(jìn)行處理。BIM技術(shù)的引入，檢測方案的呈現(xiàn)、檢測過程可還原，并可在三維模式下進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢測的智慧分析，提升結(jié)構(gòu)檢測的速度，保障檢測準(zhǔn)確。在維修效果評(píng)估中，運(yùn)用建模可實(shí)施質(zhì)量管理，比較維修計(jì)劃與實(shí)施效果，實(shí)現(xiàn)歷史維修數(shù)據(jù)的追溯、集成及智慧判斷等，長期跟蹤與研判關(guān)鍵設(shè)施的機(jī)能，提高檢修質(zhì)量。

3.2.5 安全運(yùn)營

橋梁、隧道的結(jié)構(gòu)安全，可在BIM技術(shù)基礎(chǔ)支持上實(shí)現(xiàn)輔助管理。基于BIM，能滿足管理結(jié)構(gòu)信息的需求，分析各要素之間的關(guān)聯(lián)、評(píng)估結(jié)構(gòu)耐久性，指導(dǎo)橋梁、隧道在運(yùn)營安全方面的提升。同時(shí)，可立足安全開展?jié)u變安全因素、突變安全因素的運(yùn)管，滿足相關(guān)數(shù)據(jù)的智慧化采集與智能統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)急場景的模擬及資源動(dòng)員、橋隧運(yùn)營狀況即時(shí)定位和實(shí)時(shí)監(jiān)控等需求。利用BIM模型集成放置在橋隧上的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，在三維空間對(duì)海量高清視頻和BIM模型進(jìn)行標(biāo)記和融合，組合橋隧多源傳感器上的數(shù)據(jù)，形成3D映射，實(shí)現(xiàn)橋隧安全運(yùn)營綜合監(jiān)控與現(xiàn)實(shí)融合，破解傳統(tǒng)運(yùn)營維護(hù)中此類業(yè)務(wù)上的諸多難題，提升日常監(jiān)控效能，緩解認(rèn)知壓力，提高橋隧作業(yè)的精確定位、遠(yuǎn)程監(jiān)管和應(yīng)急監(jiān)測能力。

3.2.6 其他業(yè)務(wù)

對(duì)道路設(shè)施安全運(yùn)行存在影響的安全因素主要分為漸進(jìn)性和突發(fā)性兩類，應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)病害問題的歷史溯源及相關(guān)信息集成分析，模擬和分析不同安全因素引起的緊急事件查找成因。圍繞應(yīng)急計(jì)劃和處置要求，使用BIM模型和設(shè)施集成的特征信息模擬演練應(yīng)急計(jì)劃，保障應(yīng)急處置方案選擇的科學(xué)性、合理性。當(dāng)突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，BIM可以準(zhǔn)確定位并呈現(xiàn)事件發(fā)生的地點(diǎn)、周邊重點(diǎn)設(shè)施的狀況，并根據(jù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)、結(jié)構(gòu)監(jiān)控傳感器和手動(dòng)報(bào)警器等反饋的相關(guān)信息響應(yīng)處置預(yù)案，動(dòng)態(tài)監(jiān)控事態(tài)變化，削弱突發(fā)事件帶來的直接、間接損失[17]，為相關(guān)資源調(diào)動(dòng)和部署、應(yīng)急處置過程的可視化提供支撐，提高應(yīng)急響應(yīng)速度、增強(qiáng)應(yīng)急管控能力，保證部署效率。

4 結(jié)語

對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用而言，道路設(shè)施的高質(zhì)量養(yǎng)護(hù)與全生命周期管理需求為其發(fā)展帶來了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[14]?；谑姓缆吩O(shè)施養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)內(nèi)容的BIM應(yīng)用構(gòu)想模型，筆者從設(shè)施管養(yǎng)、巡查養(yǎng)護(hù)、集中維修、檢測工作、安全運(yùn)營等方面闡述了道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中BIM的應(yīng)用目標(biāo)與內(nèi)容，為進(jìn)一步探尋和推廣BIM在市政道路設(shè)施養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用提供理論參考。