BIM技術(shù)案例分享：BIM技術(shù)如何開展路面養(yǎng)護決策工作?

BIM技術(shù)案例分享：BIM技術(shù)如何開展路面養(yǎng)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(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，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(jié)構(gòu)。該公路2015年7月底建成投用，從2018年5月開始，陸續(xù)對路面運用微表處技術(shù)進行預(yù)防性養(yǎng)護，本次從尚未開展預(yù)防性養(yǎng)護的路段中選取重載交通路段，總長度約為8.75km，路面結(jié)構(gòu)如下：面層厚度15cm，由一層厚度為4.0cm的細(xì)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(gòu)成，底基層為石灰粉煤灰穩(wěn)定土，基層為水穩(wěn)砂礫。為確保該路面預(yù)防性養(yǎng)護工作的有序開展，以先進的BIM技術(shù)為依托，構(gòu)建路面養(yǎng)護數(shù)據(jù)庫模塊，為養(yǎng)護決策提供可靠依據(jù)。

2基于BIM技術(shù)的路面養(yǎng)護決策

以BIM技術(shù)為依托構(gòu)建的路面養(yǎng)護數(shù)據(jù)庫由四個功能模塊組成：數(shù)據(jù)管理模塊、路面平整狀況評價模塊、路用性能預(yù)測模塊以及養(yǎng)護決策模塊。本次研究的重點是路面養(yǎng)護決策，故此重點分析養(yǎng)護決策模塊。

2.1養(yǎng)護決策的目的

養(yǎng)護決策是以預(yù)測值或?qū)崪y值作為參考依據(jù)，對路面開展預(yù)防性養(yǎng)護決策，以此來獲得最佳的養(yǎng)護方案，為路面養(yǎng)護工作提供指導(dǎo)。公路投入正常運營后，路面在車輛荷載、環(huán)境因素的雙重作用下，其使用性能會呈現(xiàn)出不斷下降的發(fā)展趨勢，由此會導(dǎo)致路面行車的舒適性及安全性受到影響，容易誘發(fā)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(yǎng)護路面，使之恢復(fù)使用性能。由于公路里程較長，加之路面養(yǎng)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(yǎng)護決策的主要目標(biāo)，這一目標(biāo)可以通過最佳的方案予以實現(xiàn)。

2.2決策方法的選取

路面養(yǎng)護決策最早是在AASHO(美國各州公路工作者協(xié)會)道路試驗中應(yīng)用，決策的主要依據(jù)為路面性能數(shù)據(jù)以及養(yǎng)護經(jīng)驗。隨著決策要求的不斷提高，傳統(tǒng)的決策方法已經(jīng)無法滿足目前的決策需要，一些新的決策方法隨之出現(xiàn)，并在養(yǎng)護決策中得到應(yīng)用，如ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))、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(tǒng)，由多個處理單元以互聯(lián)的方式構(gòu)成，具有非線性和自適應(yīng)的特征;后者是借鑒生物界凈化規(guī)劃設(shè)計出來的算法，可以通過模擬自然凈化來搜索最優(yōu)解。ANN和GA是路面養(yǎng)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(yǎng)護決策過程

2.3.1養(yǎng)護需求分析

路面預(yù)防性養(yǎng)護與日常養(yǎng)護最大的區(qū)別在于養(yǎng)護不固定，所以養(yǎng)護決策前要對養(yǎng)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(jù)此獲得相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)，如IRI(平整度指數(shù));RD(車轍深度)、SFC(抗滑性能指數(shù))以及彎沉值等。將這些數(shù)據(jù)計算為相應(yīng)的路用評價指標(biāo)，如PCI(路面狀況指數(shù))、RDI(路面車轍深度指數(shù))、SRI(路面抗滑性能指數(shù))、PSSI(路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù))、PQI(路面使用性能指數(shù))等。以相關(guān)的評價標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)，對各項指標(biāo)進行評價和預(yù)測，再與路面養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)對比，如果高于養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)，則表明無養(yǎng)護需求，反之則需要養(yǎng)護。

2.3.2最佳養(yǎng)護時機

預(yù)防性養(yǎng)護無法處理路面中程度比較嚴(yán)重的病害問題，并且經(jīng)過預(yù)防性養(yǎng)護后的路面結(jié)構(gòu)強度也不會發(fā)生改變，基于此，預(yù)防性養(yǎng)護工作要在病害比較輕微時開展，這就需要確定最佳的養(yǎng)護時機。過早開展預(yù)防性養(yǎng)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(yǎng)護費用;若養(yǎng)護過晚，則路面病害可能會發(fā)展到比較嚴(yán)重的程度，進而超出預(yù)防性養(yǎng)護的范圍。預(yù)防性養(yǎng)護標(biāo)準(zhǔn)給出了與路面指標(biāo)相關(guān)的上限和下限，當(dāng)實測指標(biāo)高于下限但低于上限時便可開展預(yù)防性養(yǎng)護，可將之視為養(yǎng)護的最佳時機。

2.3.3選取養(yǎng)護措施

為達到預(yù)防性養(yǎng)護的效果，要確保所選的養(yǎng)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(shù)因素、經(jīng)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?xì)w屬于定性指標(biāo)的范疇，可在賦值后通過專家打分的方法評價。將分?jǐn)?shù)的取值范圍設(shè)定為0～5分，獲得的分?jǐn)?shù)越小，說明改善效果越差，反之則越好。對常用的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)全面分析后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場熱再生技術(shù)獲得的各項分?jǐn)?shù)都比較高。同時，該技術(shù)較為成熟，質(zhì)量易于控制，且成本較低，具有良好的經(jīng)濟效益，可將之作為首選的預(yù)防性養(yǎng)護方式。

2.4基于BIM養(yǎng)護決策的優(yōu)化方案

2.4.1經(jīng)濟性分析

公路養(yǎng)護需求不斷增大，但公路養(yǎng)護的資金卻相對有限，利用有限的資金完成更多的養(yǎng)護任務(wù)顯得尤為重要。這就要求必須分析養(yǎng)護方案的技術(shù)可行性和經(jīng)濟性，以便花費最少的資金達到最好的養(yǎng)護效果。在分析路面養(yǎng)護決策的經(jīng)濟性時，可將道路的設(shè)計和初始建設(shè)費用忽略不計，但必須充分考慮日常養(yǎng)護費用。當(dāng)存在2個以上的養(yǎng)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(yǎng)護方案，可以采用的分析方法有效益費用法、凈現(xiàn)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(yán)重程度有所差別，加之養(yǎng)護量較大，所以很難一次性完成全部養(yǎng)護工作?；谶@一前提，需要在養(yǎng)護決策中對養(yǎng)護的路段進行排序。以往排序一般都是按照最差路段優(yōu)先的方法，實踐表明，該方法缺乏科學(xué)性。在基于BIM的路面養(yǎng)護決策中，可采用灰色關(guān)聯(lián)分析法進行排序，保證排序的合理性。

2.4.3多目標(biāo)優(yōu)化決策

公路瀝青路面的養(yǎng)護技術(shù)種類較多，當(dāng)路段的養(yǎng)護順序確定之后，需要對養(yǎng)護方案做進一步分析，選出費用最低、效果最好的方案。現(xiàn)階段，評價養(yǎng)護方案的大部分指標(biāo)均為定值，而受到車輛荷載、路面結(jié)構(gòu)等因素的影響，使得同一養(yǎng)護方案在不同路段中的應(yīng)用效果存在差異。為解決這一問題，可依托BIM技術(shù)完成多目標(biāo)優(yōu)化決策。在養(yǎng)護決策前，先采取規(guī)范化的方法處理原始數(shù)據(jù)序列，將處理后的數(shù)據(jù)導(dǎo)入BIM模型當(dāng)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(yōu)方案，可依據(jù)該方案對路面進行預(yù)防性養(yǎng)護決策。

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