关于BIM技术在高速公路管理中的应用新思路

摘 要：随着社会经济和科学技术的高速发展，交通运输系统的稳定运行对于整个国民经济命脉具有决定性的作用。而高速公路在整个交通运输系统处于相对重要的地位。由此高速公路的建设运营能否高效稳定，越来越为人们关注。本文首先概述了BIM技术和高速公路建设运营的相关概念，接着文章指出了目前高速公路在建筑运营中存在的问题，最后就BIM技术在高速公路建设运营全过程中的应用与技术优势进行了详细的论述。

关键词：BIM技术；高速公路；运营管理；应用

1 高速公路建设运营概述

现有的隧道运营管理模式，隧道的交通诱导和救援现场管理主要由隧道管理站负责，片区中心也可直接对隧道进行宏观的救援指导和诱导控制，片区中心的优先级高于隧道管理站。

隧道所负责所辖范围内隧道的日常监控管理，并对路段交通进行协调控制。可进行交通参数检测、隧道内环境参数检测、火灾报警、光强检测、异常情况处理、闭路电视监视、交通信息发布以及系统日常运行操作，对路段的交通数据及其它各种参数进行汇总、统计、打印；向监控分中心传输图像和数据，并接受其指挥控制。

2 高速公路在运营管理中存在的问题

高速公路在运营时，由于运营期的管理人员大部分不是建设期的管理人员，通车后，运营期管理人员对高速公路建设的情况不了解，当出现病害后需翻阅大量图纸进行查找；在运营过程中，也无法直观的了解高速公路全程的养护维修状况，难免在养护维修过程中出现疏忽的情况。当出现问题时，对问题设备无法准确定位，无法准确知道设备运行情况，无法及时联系厂家，这样都会给高速公路运营带来不必要的麻烦。

3 BIM+机电管控平台简述

传统的高速公路综合监控系统通常只具备平面二维度的设备监控，虽然能够实现设备的各项参数的实时监控，但是无法实现三维度的实时监测，另外，随着BIM技术的发展，如何有效的利用既有BIM三维模型将前期通过设计院或施工总包方建立的模型进行转换及二次应用成为亟待解决的难题。鉴于此，通过构建基于BIM技术及其转换算法兼容模型的三维可视化高速公路智能监控管理系统，利用BIM技术强大的三维可视化展示能力，通过动态数据附加技术实现可视化实时监控，达到状态信息与BIM模型联动的目的。最终实现高速公路智能化管理、仿真模拟及自动化巡检。

系统采用全新的设计理念实现随时随地、零距离、安全稳定的信息化监测。做到4A（Any where/Any time/Any data/Any device）办公，通过移动终端设备、浏览器以及PC终端，打破时空的局限实现轻松运维。使用户能随时随地、自由便利地实现设备监测、自动巡检、动态运维。

4 BIM+机电管控平台主要功能

4.1 设备运行监控功能

该管理系统集成了对机电、视频监控等设备的搜索、查阅、定位、监控功能。在BIM高速公路模型中，点击BIM模型中的设备，可以查阅所有设备的信息，如：设备型号、参数、编号、所在位置、安装日期、使用时间、维护保养周期、设备管理人、供应商、联系电话等；该系统模块可以对设备全生命周期进行管理，比如对寿命即将到期的设备及时预警和提示更换配件，防止事故发生；通过在界面中搜索设备名称，可以快速查询所有设备在高速公路的准确位置，管理人员或者领导可以随时利用多维度BIM模型，进行设备实时浏览。可以一键定位，可以虚拟巡检、漫游。

4.2 报警功能

系统提供丰富的报警功能，用于显示、处理从设备或子系统上传的报警信息。系统以图形、文字、跳转画面等多种方式实现报警。提供实时报警页面，实现报警信息的实时文字显示。同时还可以跳转至BIM高速公路模型中的对应位置提供精准定位，实现报警信息的完整传递。提供历史报警页面，显示报警历史记录，操作员可以按系统、功能、等级等条件进行筛选。

4.3 用户管理功能

系统对每一位进入系统的人员进行严格的登录检查，清楚地分辨、记录进入系统和进行操作的人员，以確定管理人员的管理范围。系统分配给每个级别用户一定的权限，这些权限包括操作模式、控制权力、控制范围等。

4.4 协调联动及预演功能

系统汇集各个系统设备的信息，实现各个系统之间与安全无关信息的互通和联动。联动包括日常操作联动和紧急联动，日常操作联动一般是按照时间表自动激活或操作员手动启动执行；紧急联动一般由事故触发或操作员手动触发。 当路面或隧道发生自然灾害或事故，路桥管理所根据各路桥管理所上传的信息，系统内部根据大数据分析、BIM技术与核心算法可以给决策者提供相应的措施建议，进行合理安排部署事故路段事故处理工作以及现场车辆人员疏导以及事故路段前的高速入口同时进行相应的车辆管制；若逢节假日道路车流量大的时，路桥管理所根据数据分析中心得到的相应数据进项分析并在系统BIM高速公路路段模型信息中显示，路段阻塞信息更加明了，同时自动针对阻塞路段进行车辆管制并自动规划疏导路线。

4.5 维护管理功能

系统具备一个带有预测功能的设备管理自动化解决方案，它以先进的故障检测和诊断引擎作为核心，内部算法会权衡各种故障可能性，并据此建议管理者，操作人员和维修工采取措施以防设备故障发生或者产生能源浪费。当设备发生故障时，软件会自动提供可能故障原因的分类列表，这样就可以减少停机时间并降低故障诊断和故障恢复的成本。

4.6 后台数据整合分析功能

系统后台实时获取现场数据及信息，并对获取到的数据自动分类、分级进行保存，系统可自动分析路段路况和车况等信息，并将重要信息（设备故障信息、车流量、气象信息、其他报警信息等）及数据分析结果存储在服务器数据中心；系统内置多种核心算法以满足不同功能的需求。如操作员可以全面定制3D趋势图和各种图表，让界面栩栩如生，还可以从丰富的图形库中选取感兴趣的3D图形来清晰和明确地展现实时或历史数据。实时数据和历史数据可以绘制在同一个趋势图上，例如上周的数据和今天的数据可以在同一张图上进行比较分析，或者当前趋势与目标趋势数据比较等。后台数据库还可以和其它监控软件无缝对接，创建一流的报表、数据分析等应用。高速公路运营维护数据的积累，对于管理者来说具有很大的实用价值。可以通过数据来分析某条高速公路机电设备存在的问题和隐患，也可以通过数据来优化和完善现行管理方法。例如： 通过客户端了解各个设备故障、损坏、维修、更换频次等，并且累积形成一个周期内设备的使用情况；通过累积数据分析不同周期内设备质量优劣，供采购部门进行产品再次选型参考。

5 新旧管理模式对比分析

5.1 可视化管理

传统二维监控平台：在项目运营使用阶段，涉及大量的设备运行维护管理，传统的设备运行维护管理方式主要是通过纸质资料和二维图形来保存信息，是由各参与方分别记录设备相关信息，管理者需要分别查询各方信息、二维图纸、文件等大堆资料来开展具体的维修保养工作，耗费大量时间且难以有效管理。BIM+机电管控平台：提供3D可视化的操作平台，利用BIM 技术以及大数据技术，整合分析了机电设备运行维护管理所需信息，使管理人员形象、直观、清楚的掌握机电设备的相关情况，增加其信息掌握的准确性。并且在设备管理过程中，可视化的管理可以大大降低设备管理的难度，比传统的二维图纸更容易理解。能够快速清楚的了解机电设备的位置、运行维护状态等等信息，帮助管理者迅速找出需要重点管理的设备以及设备管理的关键点，大大提高设备管理效率。

5.2 机电设备运维

传统二维监控平台：通过做好设备的日常性保养和及时组织维护人员排除故障以确保各大系统正常运行，并编制年度办公费用的预算和维护设备、采购备件等养护专项经费计划，经批准后认真组织实施，从而实现控制资金的开支，提高资金的利用率，降低运营管理成本。

BIM+机电管控平台：运用平台，省监控中心可查看各管理所制定的维护计划进行维护设备和采购备件等经费计划的编制，平台具有设备故障报警并记录该设备故障相关产品信息和故障次数，便于对设备的采购进行直观的、合理的数据分析依据，在省监控中心可以随时查看各路桥管理所的维护计划和维修记录。

5.3 数据查看

传统二维监控平台：只能获得监控录像视频数据，其他信息需分中心通过查询或现场查看后汇报获取。

BIM+机电管控平台：通过3D GIS技术将整个省高速公路路网显示于软件平台上，选择需要查看的部分可进入相对应的BIM数据库和数据中心，查看当前高速公路的BIM模型和相关的施工图纸、竣工图纸，同时可以通过数据中心查看该高速的车流量，气象，视频录像，火灾报警，设备故障，设备维护计划等实时信息和历史信息。

6 平台的技术创新与优势

6.1 与传统二维平台的优势

1、BIM智慧运营管理系统功能齐全、注重实用、可持续发展；

2、完成高速公路BIM智慧运营管理系统信息模型、中心数据库的建设，从功能上满足高速公路运营管理定位要求，为建设智慧型高速公路提供数据信息平台；

3、完成对运行管理人员和技术人员的业务培训，确实保障BIM智慧运营管理平台的科学管理水平；

4、通过分析机电设备及管理流程长期运行的数据，为运营管理提供最有效的改进方法和措施，形成完善的制度化管理流程，并为今后指标化考核提供重要的依据。

6.2 平台的技术创新点（应用价值）

6.2.1 设备空间定位

给予各系统各设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成在BIM模型中以三维模型的形式表现，从中可以直观地查看其分布的位置，使业主对于这些设施设备的定位管理成为可能。例如，发生火灾等紧急情况时，消防系统的消防栓安放位置、视频监控摄像头等的位置等，在BIM这一三维电子地图中以点位反映给这些信息的关注者，以往的“问路”式管理方法依靠于有经验的工作者对建筑物中设备和设施的熟悉程度，位置找不到就去问他们；而今在融合了BIM的运营管理系统中可以一览详情，在BIM模型上快速定位所在位置，并查看周边的疏散通道和重要设备。

6.2.2 漫游定位与设备信息查看

在BIM模型中可漫游查看相关设施，即点即查设施的相关资料和信息，通过传感装置也可实时获取和展示采集到的监控信息。系統对具体设备的BIM模型浏览是双向的，用户既可以通过在模型视图中选择相对应的设备模型构件，也可以通过输入设备名和设备型号等属性的方式进行查询浏览。无论采用何种方式，一旦选中了某一具体设备，在界面上就会出现与该设备相关的设备信息（包括设备的名称、型号、技术参数、生产厂家等）供用户查看，同时用户也可以通过点击关联标签，查看“设备说明书”、“维修保养资料”、“供应商资料”、“应急处置预案”、“历史维护信息”等各种与设备相关的文件及信息资料。

6.2.3 设备维护与保养

设备维护分为及时性故障派修和计划性保养维护。在平台建立时就会对设备进行标准化分类和编码，并把各类设备的保养维护周期和程序、以及与设备维护承包商的维护合约及设备保险等内置到系统中。

对于计划性维护，系统会根据内置规则自动生成运维计划表。检修人员可按计划对设施或设备进行日常维护，并更新维护状态。在发现故障时，可通过手持设备输入设备编号，选定设备，登记故障，可在系统中查询设备的厂家、型号、设备属性信息和库存备件情况。并可生成派工单，检修过程中可查看故障构件的相关图纸、历史维修信息、维修知识资料等，辅助问题解决，完成后可记录维护日志，更新状态。

6.2.4 一机多屏联动

平台的运维人员配备两台或三台显示器来集中展示，以此满足客户对信息量的最大需求，同时多个屏幕之间可以进行联动。交互界面实现监控画面内容的无极缩放，支持页面拖拽，可同时调用视频图像，查询各系统列表信息，汇总系统的运行状态及数据，并根据并发联动请求情况，可展示并跟踪响应联动的处置过程。

6.2.5 移动终端APP监控

在无线Wi-Fi覆盖或者3G/4G无线联网的条件下，BIM智慧运营管理系统提供基于手机及PAD等客户端，使管理人员可利用手持设备，在现场环境下对被控设备进行跟踪调试，以及相关的报警勘察。

6.2.6 应急指挥模式

BIM智慧机电管理平台采用“全局指挥、应急联动、操作简单、安全可靠”的设计原则。软件采用平台化的设计架构，通过从各个子系统独立的数据库中进行数据抽取、整合以及更新和校验，实现从多方位多角度收集相关的信息，通过统一平台实现集成，辅以预案库自动生成，以形成具有报警统一、应急联动、指挥调度、现场管理等综合功能的系统。

同时，处理该报警信息的预案会以列表的方式显示给用户以供选择或参考，从而指导物业管理人员逐一确认报警和操作相关的设备。

7 应用规模及先进性分析

目前， BIM软件及机电设施管理软件在各自层面上都有很多应用，但是将二者较好的融合起来目前在国内未见到实际商用案例。其实将二者结合起来有许多可以预见的优势。

7.1 日常工作的协同

过去，二维机电管控平台软件主要是用于展示子系统的运行状态、故障报警提醒、查询数据库、了解子系统的历史或当前运行情况。现BIM+机电管控平台是要求实现子系统间的数据共享与联动。比如火灾自动报警与交通监控系统、通风系统、电视监控系统等的联动等等。

7.2 规范工作流程

采用功能强大的工作流引擎、统一消息平台，实现高效的信息交互。使得平台能够对设备资产实施包含设备从采购、安装、使用、报废等一系列过程，通过大数据积累，综合分析设备的可靠性和经济性之间的平衡。

对人员的日常工作，例如巡检、保养、维修、应急处理等工作进行提醒；能够查看专家知识库进行学习；遇到设备故障，可以查看员工的经验总结，从而解决问题；能够在平台上对员工的日常工作进行KPI考核。

7.3 灾害疏散应急

高速路网密集，车流量大。高速公路突发灾害时，及时采取有效的措施能减少人员伤亡，降低经济损失。BIM模型汇集了大量的信息，包括应对突发事件的应急设施设备所在位置等。因此当突发灾害时，BIM模型协同其他子系统为人员疏散提供及时有效的信息，BIM模型的三维可视化特点，及BIM模型的中建筑结构和构件的关联信息可以作为人员疏散路线的制定提供依据，保证在有限的时间内安全快速疏散人员，引导人员逃生。

8 结语

随着经济发展，高速公路的建筑和运营中存在的问题越来越亟待解决。在科学技术高速发展的今天，BIM技術为解决挡墙高速公路运营中存在的问题提供了有效的解决方案。本文通过概述BIM技术和高速公路的基本状况以及当下存在的一些问题，接着提出将BIM技术应用于高速公路建设运营过程中的策略。结合高速公路机电设备多，维护量大，而运维管理技术要求不断提升的情况，通过BIM技术的应用可大大提高工作及管理效率，实实在在降低人工成本；以BIM、云计算、大数据、智能设备等为代表的当代先进技术的综合应用来实现智慧高速，传统的印迹将彻底成为历史，实现“智能、绿色、精益和集约”的精细化管理。