BIM问答|BIM案例：BIM技术如何开展路面养护决策工作？

某公路工程项目全长112.35km，全线按照高等级公路标准建设，采用双向六车道，车速为100km/h，路基宽34.5m，路面为沥青混凝土结构。该公路2015年7月底建成投用，从2018年5月开始，陆续对路面运用微表处技术进行预防性养护，本次从尚未开展预防性养护的路段中选取重载交通路段，总长度约为8.75km，路面结构如下：面层厚度15cm，由一层厚度为4.0cm的细粒式和两层中粒式（一层厚度为5.0cm、另一层厚度为6.0cm）沥青混凝土构成，底基层为石灰粉煤灰稳定土，基层为水稳砂砾。为确保该路面预防性养护工作的有序开展，以先进的BIM技术为依托，构建路面养护数据库模块，为养护决策提供可靠依据。

2基于BIM技术的路面养护决策

以BIM技术为依托构建的路面养护数据库由四个功能模块组成：数据管理模块、路面平整状况评价模块、路用性能预测模块以及养护决策模块。本次研究的重点是路面养护决策，故此重点分析养护决策模块。

2.1养护决策的目的

养护决策是以预测值或实测值作为参考依据，对路面开展预防性养护决策，以此来获得最佳的养护方案，为路面养护工作提供指导。公路投入正常运营后，路面在车辆荷载、环境因素的双重作用下，其使用性能会呈现出不断下降的发展趋势，由此会导致路面行车的舒适性及安全性受到影响，容易诱发交通事故。针对这一情况，需要在适宜的时间，采取有效的措施养护路面，使之恢复使用性能。由于公路里程较长，加之路面养护资金有限，合理分配有限的资金，最大程度改善路面性能是养护决策的主要目标，这一目标可以通过最佳的方案予以实现。

2.2决策方法的选取

路面养护决策最早是在AASHO（美国各州公路工作者协会）道路试验中应用，决策的主要依据为路面性能数据以及养护经验。随着决策要求的不断提高，传统的决策方法已经无法满足目前的决策需要，一些新的决策方法随之出现，并在养护决策中得到应用，如ANN（人工神经网络）、GA（遗传算法）等，前者归属于人工智能的范畴，是一个极为强大的信息处理系统，由多个处理单元以互联的方式构成，具有非线性和自适应的特征；后者是借鉴生物界净化规划设计出来的算法，可以通过模拟自然净化来搜索最优解。ANN和GA是路面养护决策最为常用的方法，可以按照实际需要合理选择。

2.3养护决策过程

2.3.1养护需求分析

路面预防性养护与日常养护最大的区别在于养护不固定，所以养护决策前要对养护项目加以确定。对本次选择的路段全面检测，包括平整度、抗滑性、强度以及路面状况等，据此获得相应的检测数据，如IRI（平整度指数）；RD（车辙深度）、SFC（抗滑性能指数）以及弯沉值等。将这些数据计算为相应的路用评价指标，如PCI（路面状况指数）、RDI（路面车辙深度指数）、SRI（路面抗滑性能指数）、PSSI（路面结构强度指数）、PQI（路面使用性能指数）等。以相关的评价标准作为依据，对各项指标进行评价和预测，再与路面养护标准对比，如果高于养护标准，则表明无养护需求，反之则需要养护。

2.3.2最佳养护时机

预防性养护无法处理路面中程度比较严重的病害问题，并且经过预防性养护后的路面结构强度也不会发生改变，基于此，预防性养护工作要在病害比较轻微时开展，这就需要确定最佳的养护时机。过早开展预防性养护，虽然能够使路面始终保持良好的性能，但却增加了不必要的养护费用；若养护过晚，则路面病害可能会发展到比较严重的程度，进而超出预防性养护的范围。预防性养护标准给出了与路面指标相关的上限和下限，当实测指标高于下限但低于上限时便可开展预防性养护，可将之视为养护的最佳时机。

2.3.3选取养护措施

为达到预防性养护的效果，要确保所选的养护措施合理可行，在选择前，必须综合分析以下影响因素：工程因素、技术因素、经济因素等。在上述因素中需要着重考虑的是工程因素，如路面的行车舒适性、抗滑能力、防水情况等，这些因素全都归属于定性指标的范畴，可在赋值后通过专家打分的方法评价。将分数的取值范围设定为0～5分，获得的分数越小，说明改善效果越差，反之则越好。对常用的预防性养护技术全面分析后发现，现场热再生技术获得的各项分数都比较高。同时，该技术较为成熟，质量易于控制，且成本较低，具有良好的经济效益，可将之作为首选的预防性养护方式。

2.4基于BIM养护决策的优化方案

2.4.1经济性分析

公路养护需求不断增大，但公路养护的资金却相对有限，利用有限的资金完成更多的养护任务显得尤为重要。这就要求必须分析养护方案的技术可行性和经济性，以便花费最少的资金达到最好的养护效果。在分析路面养护决策的经济性时，可将道路的设计和初始建设费用忽略不计，但必须充分考虑日常养护费用。当存在2个以上的养护方案时，为从中选取最佳，要对比分析各个方案的投资效益，其中效益最大的方案就是最佳的养护方案，可以采用的分析方法有效益费用法、净现值法等。

2.4.2按路用性能排序

本工程的路面为沥青混凝土面层，其病害严重程度有所差别，加之养护量较大，所以很难一次性完成全部养护工作。基于这一前提，需要在养护决策中对养护的路段进行排序。以往排序一般都是按照最差路段优先的方法，实践表明，该方法缺乏科学性。在基于BIM的路面养护决策中，可采用灰色关联分析法进行排序，保证排序的合理性。

2.4.3多目标优化决策

公路沥青路面的养护技术种类较多，当路段的养护顺序确定之后，需要对养护方案做进一步分析，选出费用最低、效果最好的方案。现阶段，评价养护方案的大部分指标均为定值，而受到车辆荷载、路面结构等因素的影响，使得同一养护方案在不同路段中的应用效果存在差异。为解决这一问题，可依托BIM技术完成多目标优化决策。在养护决策前，先采取规范化的方法处理原始数据序列，将处理后的数据导入BIM模型当中，得出各个方案到理想方案的相对贴近度，最贴近理想方案的就是最优方案，可依据该方案对路面进行预防性养护决策。

出处：《交通世界》2022年第04/05/06期（2月）

作者：王绍然（中建路桥集团有限公司）

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