魏天云

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院土木工程學(xué)院，福建 福州 350007)

在市政道路施工過程中，要保證施工安全和工程質(zhì)量，提高工程效益，需要采取有效措施，強(qiáng)化施工過程管理，有必要引入信息化管理技術(shù)[1]。BIM技術(shù)的出現(xiàn)，為工程項(xiàng)目建設(shè)管理提供了支持，它在工程質(zhì)量管理、安全和成本控制、事故的提早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防等方面顯示了強(qiáng)大的功能，在市政道路施工項(xiàng)目中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 BIM技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

1)項(xiàng)目可視化。BIM具有將2D轉(zhuǎn)換成3D的功能，克服了2D平面圖無法呈現(xiàn)空間幾何關(guān)系與實(shí)際情況的問題，3D具有形象直觀“所見即所得”的特點(diǎn)。應(yīng)用BIM技術(shù)可視化的功能，可以開展碰撞檢查，即空間結(jié)構(gòu)關(guān)系是否存在干涉；開展動(dòng)態(tài)模擬仿真和視覺分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。采用BIM技術(shù)之后，各方之間的溝通無需進(jìn)行空間想象，減少了偏差，使溝通更加全面準(zhǔn)確，顯著提高溝通效率[2]。

2)檢查設(shè)計(jì)圖。利用BIM技術(shù)，可以進(jìn)行施工圖的重新建模和分析，有助于發(fā)現(xiàn)路基、鋼筋、隧道、橋梁、涵洞等在設(shè)計(jì)中的缺漏。憑借該平臺(tái)，可以有效控制施工風(fēng)險(xiǎn)并降低管理成本。

3)掌握進(jìn)度條。BIM模型具有顯示進(jìn)度的功能，通過在模型中設(shè)定完工和未完工的色差，可以簡(jiǎn)單明了地顯示項(xiàng)目的進(jìn)展情況。

4)施工可模擬。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以對(duì)施工組織設(shè)計(jì)的工序以及工藝進(jìn)行模擬，并具有模擬施工現(xiàn)場(chǎng)安全的功能，可以提前發(fā)現(xiàn)問題，采取有效的預(yù)防措施，保證施工質(zhì)量和安全。

5)復(fù)核工程量。通過建立BIM模型，能夠快速有效地校核工程量，為工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和竣工驗(yàn)收預(yù)決算提供決策依據(jù)。

6)數(shù)據(jù)可集成。工程項(xiàng)目的有關(guān)數(shù)據(jù)可以全部集成到BIM模型中，充分利用各方面的信息，保證各個(gè)環(huán)節(jié)的信息暢通，有助于進(jìn)行協(xié)同管理。

2 三維數(shù)字捕捉技術(shù)的應(yīng)用

以三維數(shù)字技術(shù)為特點(diǎn)的BIM技術(shù)，能夠根據(jù)實(shí)際情況將設(shè)計(jì)與施工各階段的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行全面集成。它具有模擬性、可視化、協(xié)調(diào)性等方面的特點(diǎn)，在市政道路設(shè)計(jì)與施工中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，應(yīng)用它的這些特點(diǎn)，通過建立市政道路的全景三維模型，可以為市政道路的病害提供基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，為決策者提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

近年來，隨著三維數(shù)據(jù)技術(shù)和測(cè)繪技術(shù)的快速發(fā)展，三維掃描技術(shù)和攝影測(cè)量技術(shù)在市政道路設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)用越來越廣泛。三維掃描技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)的采集，針對(duì)目標(biāo)物體采用三維掃描，能夠快速提取物體的表面坐標(biāo)和相關(guān)信息，這些可以為道路的養(yǎng)護(hù)人員提供準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)的微觀變化并采取相應(yīng)的預(yù)防措施。攝影測(cè)量技術(shù)主要是應(yīng)用光學(xué)攝影獲取物體的相關(guān)信息，對(duì)物體的位置、形狀以及大小等方面做出精確判斷，為道路養(yǎng)護(hù)人員提供精準(zhǔn)的信息，比傳統(tǒng)的人工測(cè)量方式，更加高效和準(zhǔn)確，因此得到了廣泛應(yīng)用[3]。據(jù)此，可以考慮將BIM技術(shù)與三維激光掃描和攝影測(cè)量技術(shù)聯(lián)合使用，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，比如信息采集效率高、數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確、具有可視化以及易于數(shù)字化建檔，從而為市政道路養(yǎng)護(hù)以及道路病害檢測(cè)提供一套完整標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)流程。

3 瀝青公路水損害的影響與預(yù)防

在高等級(jí)瀝青公路的使用過程中，水損害是一個(gè)不可避免的現(xiàn)象。它是指水進(jìn)入瀝青路面的孔隙中，在熱脹冷縮以及交通動(dòng)載荷的作用下，路面孔隙水的動(dòng)壓力會(huì)將水分帶入瀝青和集料的交界處，或者真空導(dǎo)致的負(fù)壓抽吸作用，導(dǎo)致瀝青膜與集料分離開來，降低混合料之間的黏結(jié)力，危害瀝青路面的結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)產(chǎn)生不可忽視的松散、麻面等病害[4-5]。

對(duì)于多雨地區(qū)的高等級(jí)公路瀝青路面，在開通不長(zhǎng)時(shí)間，雨水滲入瀝青面層，并在重卡和高速行駛車輛的雙重作用下，會(huì)出現(xiàn)各種水損壞現(xiàn)象，破壞性大，是導(dǎo)致高等級(jí)瀝青路面發(fā)生損壞的重要原因。多雨地區(qū)的高等級(jí)公路瀝青路面發(fā)生水損壞大致有如下特點(diǎn)：超車道上破壞較少，主要發(fā)生在行車道，這可能與重載以及超速有關(guān)；發(fā)生破壞時(shí)，一般先發(fā)生冒白漿，然后產(chǎn)生一些坑槽等，這種破壞在雨季較為多見；水損壞嚴(yán)重的地方主要在滲水嚴(yán)重且不易排水的位置；水損壞一般發(fā)生在局部路段，表明瀝青混合料的均勻度是一個(gè)重要影響因素。

市政道路的智能養(yǎng)護(hù)可以基于BIM模型和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立道路的全生命周期信息管理數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工過程進(jìn)行監(jiān)控，采集相關(guān)數(shù)據(jù)，掌控道路運(yùn)營(yíng)過程的狀況，對(duì)道路的損壞進(jìn)行提前預(yù)測(cè)并采取相應(yīng)措施。對(duì)于道路的損壞部位，結(jié)合BIM模型和相關(guān)數(shù)據(jù)，從材料、工藝以及施工技術(shù)方面開展養(yǎng)護(hù)修復(fù)，減少病害的發(fā)展和發(fā)生，保障道路設(shè)施的質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)。

目前道路智能化檢測(cè)應(yīng)用于道路的病害的識(shí)別和檢測(cè)，一方面是利用路面綜合檢測(cè)車以及激光平整度儀等獲取路面的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，判斷路面的狀況；另一方面，應(yīng)用計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，引入大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)，可以有效提高道路的檢測(cè)水平，為公路的病害檢測(cè)與識(shí)別提供技術(shù)保障[6]。

傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方案主要基于理論分析，需要查閱大量的記錄資料，工序繁雜，科學(xué)性和效率不高。而將BIM技術(shù)嵌入到道路養(yǎng)護(hù)中，從道路的設(shè)計(jì)、材料和施工等方面建立全生命周期數(shù)據(jù)，可以為后續(xù)病害的預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)查找提供快速準(zhǔn)確的信息，可實(shí)現(xiàn)公路狀況的提前預(yù)測(cè)與分析，可視性強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確地確定病害位置。同時(shí)BIM模型可以導(dǎo)入調(diào)查數(shù)據(jù)，不斷更新和修正系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)逐步完善。

4 市政道路施工中 BIM 技術(shù)的具體應(yīng)用

根據(jù)BIM技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在市政道路施工過程已經(jīng)開展廣泛的研究和應(yīng)用，并且收到了很好的效果，越來越受到企業(yè)的青睞。

4.1 典型的施工管理

某市政道路工程項(xiàng)目，主要由道路工程、地下通道、景觀綠化工程以及配套工程等構(gòu)成，包括城市主次干道和U型通道等。針對(duì)該工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，構(gòu)建了BIM施工工藝模型、通道工藝模型以及路基填筑工藝模型等，以施工工期和施工質(zhì)量以及安全作為主要衡量指標(biāo)，對(duì)所建的BIM模型進(jìn)行模擬仿真并實(shí)時(shí)調(diào)整，保證工藝、機(jī)械、環(huán)境以及人員等各方面得到最佳匹配。利用BIM技術(shù)，優(yōu)化管道施工流程、通道工藝流程、路基填筑工藝流程，將人、機(jī)、料、法、環(huán)有機(jī)聯(lián)合起來作為一個(gè)整體考慮，做出合理的規(guī)劃，為技術(shù)人員和管理人員提供可視化管理，為現(xiàn)場(chǎng)管理提供有效的技術(shù)支持。通過BIM技術(shù)有效地解決了地上和地下交叉施工的排序問題，緩解了施工過程對(duì)交通造成的擁堵問題，降低了施工過程對(duì)城市居民的影響，因此，BIM技術(shù)得到廣泛的重視和應(yīng)用。

4.2 瀝青面層施工信息管理

以往市政道路瀝青面層施工過程的信息采集主要通過人工檢測(cè)與記錄，信息化程度低，導(dǎo)致施工技術(shù)人員無法全面了解各類數(shù)據(jù)，同時(shí)各類數(shù)據(jù)之間難以形成整體，數(shù)據(jù)的查找與分析較為繁瑣，增加了施工過程的管理成本。由于數(shù)據(jù)之間的孤立性，很難建立路面施工位置與控制指標(biāo)之間的關(guān)系，且數(shù)據(jù)的溯源功能難以全面發(fā)揮，對(duì)施工過程的管理造成一定的影響。針對(duì)以上問題，可以考慮采用BIM技術(shù)來解決，首先建立施工信息模型，該模型主要包括瀝青混合料拌和過程的油石比和級(jí)配、碾壓層厚度以及初始?jí)簩?shí)溫度等工藝參數(shù)[7]，并且參考相關(guān)的工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，據(jù)此預(yù)估瀝青混合料層疲勞壽命、空隙率以及車轍試驗(yàn)永久變形等。該模型以路面使用性能作為主要衡量指標(biāo)，可以為市政道路的施工過程管理提供技術(shù)支持，同時(shí)也可以為市政道路的后續(xù)養(yǎng)護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，保證數(shù)據(jù)的整體性和一致性，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的溯源功能。

5 結(jié)語

BIM技術(shù)自身具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，在市政道路施工過程管理中發(fā)揮了重要作用，為工程技術(shù)人員提供了可視化管理，控制施工成本，確保施工安全，有效地提高了工程項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，顯示出BIM技術(shù)極大的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，建立基于BIM模型的全壽命周期管理，可以為市政道路后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作提供數(shù)據(jù)溯源和維護(hù)決策依據(jù)。