BIM技術案例分享：BIM技術如何開展路面養護決策工作?

1工程概況

某公路工程項目全長112.35km，全線按照高等級公路標準建設，采用雙向六車道，車速為100km/h，路基寬34.5m，路面為瀝青混凝土結構。該公路2015年7月底建成投用，從2018年5月開始，陸續對路面運用微表處技術進行預防性養護，本次從尚未開展預防性養護的路段中選取重載交通路段，總長度約為8.75km，路面結構如下：面層厚度15cm，由一層厚度為4.0cm的細粒式和兩層中粒式(一層厚度為5.0cm、另一層厚度為6.0cm)瀝青混凝土構成，底基層為石灰粉煤灰穩定土，基層為水穩砂礫。為確保該路面預防性養護工作的有序開展，以先進的BIM技術為依托，構建路面養護數據庫模塊，為養護決策提供可靠依據。

2基于BIM技術的路面養護決策

以BIM技術為依托構建的路面養護數據庫由四個功能模塊組成：數據管理模塊、路面平整狀況評價模塊、路用性能預測模塊以及養護決策模塊。本次研究的重點是路面養護決策，故此重點分析養護決策模塊。

2.1養護決策的目的

養護決策是以預測值或實測值作為參考依據，對路面開展預防性養護決策，以此來獲得最佳的養護方案，為路面養護工作提供指導。公路投入正常運營后，路面在車輛荷載、環境因素的雙重作用下，其使用性能會呈現出不斷下降的發展趨勢，由此會導致路面行車的舒適性及安全性受到影響，容易誘發交通事故。針對這一情況，需要在適宜的時間，采取有效的措施養護路面，使之恢復使用性能。由于公路里程較長，加之路面養護資金有限，合理分配有限的資金，最大程度改善路面性能是養護決策的主要目標，這一目標可以通過最佳的方案予以實現。

2.2決策方法的選取

路面養護決策最早是在AASHO(美國各州公路工作者協會)道路試驗中應用，決策的主要依據為路面性能數據以及養護經驗。隨著決策要求的不斷提高，傳統的決策方法已經無法滿足目前的決策需要，一些新的決策方法隨之出現，并在養護決策中得到應用，如ANN(人工神經網絡)、GA(遺傳算法)等，前者歸屬于人工智能的范疇，是一個極為強大的信息處理系統，由多個處理單元以互聯的方式構成，具有非線性和自適應的特征;后者是借鑒生物界凈化規劃設計出來的算法，可以通過模擬自然凈化來搜索最優解。ANN和GA是路面養護決策最為常用的方法，可以按照實際需要合理選擇。

2.3養護決策過程

2.3.1養護需求分析

路面預防性養護與日常養護最大的區別在于養護不固定，所以養護決策前要對養護項目加以確定。對本次選擇的路段全面檢測，包括平整度、抗滑性、強度以及路面狀況等，據此獲得相應的檢測數據，如IRI(平整度指數);RD(車轍深度)、SFC(抗滑性能指數)以及彎沉值等。將這些數據計算為相應的路用評價指標，如PCI(路面狀況指數)、RDI(路面車轍深度指數)、SRI(路面抗滑性能指數)、PSSI(路面結構強度指數)、PQI(路面使用性能指數)等。以相關的評價標準作為依據，對各項指標進行評價和預測，再與路面養護標準對比，如果高于養護標準，則表明無養護需求，反之則需要養護。

2.3.2最佳養護時機

預防性養護無法處理路面中程度比較嚴重的病害問題，并且經過預防性養護后的路面結構強度也不會發生改變，基于此，預防性養護工作要在病害比較輕微時開展，這就需要確定最佳的養護時機。過早開展預防性養護，雖然能夠使路面始終保持良好的性能，但卻增加了不必要的養護費用;若養護過晚，則路面病害可能會發展到比較嚴重的程度，進而超出預防性養護的范圍。預防性養護標準給出了與路面指標相關的上限和下限，當實測指標高于下限但低于上限時便可開展預防性養護，可將之視為養護的最佳時機。

2.3.3選取養護措施

為達到預防性養護的效果，要確保所選的養護措施合理可行，在選擇前，必須綜合分析以下影響因素：工程因素、技術因素、經濟因素等。在上述因素中需要著重考慮的是工程因素，如路面的行車舒適性、抗滑能力、防水情況等，這些因素全都歸屬于定性指標的范疇，可在賦值后通過專家打分的方法評價。將分數的取值范圍設定為0～5分，獲得的分數越小，說明改善效果越差，反之則越好。對常用的預防性養護技術全面分析后發現，現場熱再生技術獲得的各項分數都比較高。同時，該技術較為成熟，質量易于控制，且成本較低，具有良好的經濟效益，可將之作為首選的預防性養護方式。

2.4基于BIM養護決策的優化方案

2.4.1經濟性分析

公路養護需求不斷增大，但公路養護的資金卻相對有限，利用有限的資金完成更多的養護任務顯得尤為重要。這就要求必須分析養護方案的技術可行性和經濟性，以便花費最少的資金達到最好的養護效果。在分析路面養護決策的經濟性時，可將道路的設計和初始建設費用忽略不計，但必須充分考慮日常養護費用。當存在2個以上的養護方案時，為從中選取最佳，要對比分析各個方案的投資效益，其中效益最大的方案就是最佳的養護方案，可以采用的分析方法有效益費用法、凈現值法等。

2.4.2按路用性能排序

本工程的路面為瀝青混凝土面層，其病害嚴重程度有所差別，加之養護量較大，所以很難一次性完成全部養護工作。基于這一前提，需要在養護決策中對養護的路段進行排序。以往排序一般都是按照最差路段優先的方法，實踐表明，該方法缺乏科學性。在基于BIM的路面養護決策中，可采用灰色關聯分析法進行排序，保證排序的合理性。

2.4.3多目標優化決策

公路瀝青路面的養護技術種類較多，當路段的養護順序確定之后，需要對養護方案做進一步分析，選出費用最低、效果最好的方案。現階段，評價養護方案的大部分指標均為定值，而受到車輛荷載、路面結構等因素的影響，使得同一養護方案在不同路段中的應用效果存在差異。為解決這一問題，可依托BIM技術完成多目標優化決策。在養護決策前，先采取規范化的方法處理原始數據序列，將處理后的數據導入BIM模型當中，得出各個方案到理想方案的相對貼近度，最貼近理想方案的就是最優方案，可依據該方案對路面進行預防性養護決策。

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