2024优秀案例丨BIM+智慧运管平台在道路配套设施运维管理中的应用

1、实施背景及意义

互联网新技术深刻地改变了各种生产、生活方式，在新一轮的科技革命的浪潮中，新技术是最具活力的，并引领未来的发展趋势。在交通运输行业的发展中，充分发挥新技术的优势，更好的融入西安高新区市政道路运营行业的管理中，不仅能够发挥创新的巨大潜力，更能推动西安高新区市政道路从“大”到“强”的转变。目前，交通基础设施建设、市政道路运营管理的方式变革等问题亟待解决，都立足于市政道路运营管理信息化发展的常态化。

市政道路运营管理信息化发展的常态化，是通过现代信息技术、互联网技术、大数据、云计算等的广泛应用，信息化将成为市政道路运营管理发展非常重要的手段。一方面，传统市政道路运营管理的各类信息服务平台、管理系统、公众服务系统与组织管理系统等等，将会被整合；另一方面，将朝着精细化、人本化等方向发展。凭借先进的智能技术将提升市政道路运营管理的效率和水平，随着技术的不断创新，不断积累新技术、新方法，构建发展保障体系，引领交通运营管理的发展潮流，为建设交通强国提供有力保障。

通过构建高新区智慧运管平台，结合“新基建”建设内涵，满足交通强国建设要求，应当对标国内外先进水平，采用快速化、智能化、多维度的数据分析技术，构建基础设施性能动态感知监测网，建设基础设施数字中心，大力发展市政道路设施的智能化、数字化建设，实现市政道路基础设施的数字化转型和智能化升级。通过对信息资源整合，实现数据信息一体化，为建设新型城市助力，实现市政运营智慧化管理，能够有效提高市政道路运管水平和效率，更好地为社会和公众服务。

2、建设目标

为了提升西安高新区信息化水平，利用现有的网络系统、服务及存储设备，对接前端各专业智能化系统，以及物联网感知设备，汇聚形成大数据运营管理中心。实现管理上的“规划、组织、控制与协调”，全面提升西安高新区的智能化水平。

西安高新区智慧运管平台全面满足市政管理和项目管理层的需要，提升标准化管理和主营业务信息化水平，提高管理效率和决策能力，加快由粗放管理向标准化、集约化、数字化管理迈进的步伐。

1、建设方向西安高新区智慧运管平台是结合“规划、组织、控制与协调”的目标，创新管理方式，构建标准化、集约化、数字化的管理模式。其中包括巡查养护模块、巡查车辆模块、资产管理模块、应急管理模块、业务系统、可视化展示模块等。平台通过各个模块的建立，从数据、业务、决策等多个方面提升高新区管理的智能化水平。在数据方面，收集整合业务数据，实现数据统一、共享；业务管理方面中对市政道路运管的各项业务科学再造流程、精简手续及步骤，达到“规划、组织、控制与协调”的目标；决策管理方面，通过结合大数据、物联网等技术，构建一个大数据中心，将数据采集、数据整合和数据分析三者有效结合，形成具有一定控制目标的数据分析结构，提升数据理解和分析能力。最终提升高新区市政道路运管部门的决策和服务水平，使市政道路运输管理更加智慧化。

2、需求分析

随市政道路里程的不断增长、交通流量的快速增加以及公众出行需求的日益提高，公路运营管理任务越来越艰巨、资金需求越来越大。主要有以下需求：

（1）基础设施运行状况管理需求。传统的养护流程不能及时、准确地统计出公路基础信息的健康状况信息，并且需要大量的人力、物力，最终的统计结果实用性不强，不能为管理者提供可靠的决策依据。科学的路面养护体系的建立能够提高资金的使用效率，确保路况维持在良好的服务水平。

（2）路面养护信息网络化需求。充分整合公路基础设施信息，使市政单位各级运营管理部门及时掌握基础设施运行情况。

（3）数据分析自动化需求。能够定期按照不同的数据源，对评定指标进行自动汇总分析，为路面养护计划拟定、养护预算编制等提供技术支持与依据。

（4）养护决策科学化需求。根据技术评定结果，能够准确运用决策技术和方法来选择养护策略，决策中择优是决策的核心。

（5）大屏可视化展示需求。基于 GIS 地理信息技术，实现“一张图”综合可视化展示信息化车辆动态、事件、设备异常报警等，且于实际位置对应，便于领导直观了解现状并指导问题解决。

（6）移动端业务应用需求。移动端应用让日常工单流程化、简单化，工单处理更具有时效性。

3、架构设计

3.1 总体架构

基于业务类别分类不清晰、管理资产信息无法动态更新、地图轨迹无法回放、部分业务功能冗余等弊端，规划设计平台功能和框架，打造运营管理新业务模式，实现数据资源汇聚共享、业务管理融通协同、运营管理集中展示，建立完善“科学、规范、高效”的市政道路智能运营管理平台。主要实现现有市政道路养护方案的信息化、智能化和数字化：

数字化：一图统管、基础设施数据采集自动化与电子化

信息化：两个大数据平台、一套业务系统、一个移动端

智能化：大数据分析辅助决策

3.2 技术架构

本项目采用目前先进的软件开发体系结构、计算机语言和中间件技术体系进行研发。图形化的工作流处理技术，用户可以简单灵活定制业务流程以适应企业的发展，采用 B/S 架构体系使系统具有扩展性好、稳定性强、支持跨平台等特点。

本系统构建于 J2EE 等平台，采用分层提供服务支持的设计思想，系统对每一层定义明确的功能接口，同时在层次内实现组件化的接口实现。层次化、模块组件化的实现，使系统具备了最大程度的灵活度，从而能对业务需求的变化做出快速的反应，使系统具有很好的扩展性。

图 1 技术架构

3.3 数据架构

平台将数据从逻辑上划分为基础数据、业务数据、GIS 数据等几个方面。系统通过公路设施、公路病害、路网数据、感知监测、日常养护等功能，将外场固定点采集的信息、移动点采集、人工录入、其他数据的信息进行汇总和内部处理，同时也将相关管理单位有机地联系在一起，完成公路养护、公路建设、病害处置、日常管控等业务处理，真正地提高日常工作效率，提升科学管理水平。

图 2 数据架构

4、典型应用场景

4.1 应用方向

构建“数字化、标准化、动态化、精细化”的高新区智慧运营一体化平台，满足市政道路日常运营业务信息化需求，满足全方位市政道路日常运营业务应用，实现多级业务联动、信息共享。

（1）统一——数据资源汇聚共享

构建信息数据中心，汇聚日常工作各业务领域的数据资源，开展统一规划、组织、管理与存储，以实现养护数据资源的汇聚统一。同时，通过信息数据中心实现数据资源的对外开放共享，为其相关单位提供信息共享和交换服务，并最终达成数据层面的“一数一源、一源多用”的目标。

（2）融合——业务管理融通协同

分析构养护业务协同，将日常养护中各自独立发展但具备在线典型特征的业务进行融通，开展统一的管理服务、支撑服务以及业务服务，以实现日常养护业务管理的全局打通，并最终形成行业管理的协同效应。

（3）先进——运营管理集中展示

构建 GIS 综合管理平台，将各类业务产生的相关数据通过智能引擎以及通用算法进行多层面结合，多维度分析。同时，综合运用 GIS 一张图展示，全力打造市政养护神经中枢，将运营管理以一张图集中展示，多层面展现运营情况动态监测。

（4）实用——切中痛点升级改造

基于高新区市政道路养护现状的难点和痛点，分析其智能运营需求，更新提能巡查管理手段和巡查管理方式，翻新业务系统，打造智能高效的智能运营管理平台。

4.2 项目特点

（1）资源整合、互联共享。

以信息共享、互联互通为重点，盘活、整合现有信息资源，建设跨部门数据资源共享体系，突破区划、部门界限和体制性障碍，消除信息孤岛，提升管理服务水平；推进统一数据标准和共享机制，利用大数据的挖掘分析提高信息资源利用水平，释放数据红利。

（2）创新引领，深度融合。

围绕创新驱动发展，大力推进信息化与交通行业的深度融合，以信息化实现科学、高效、动态的资源配置，促进在更高层次上的技术创新、业务创新、体制机制创新、管理创新，促进交通公路、水路等运输方式基本信息与运行信息的汇聚分析、发展态势的综合研判。

（3）完善基础、安全可控。

适应物联网、云计算、大数据技术发展新趋势，进一步完善网络等信息基础设施与信息安全保障体系建设，加速推进信息设备、系统国产化进程，信息设备系统优先采用国产自主可控产品，落实国家信息安全等级保护制度，强化网络和信息安全管理，建立责任机制，完善网络和信息安全标准规范。加大依法管理网络和保护个人信息力度，加强要害信息系统和涉密信息系统的安全防护，确保安全可控。

（4）适度超前，投资保护。

本项目按要求提供的软硬件平台以及应用软件采用了先进成熟的设备和技术，能确保系统的技术先进性，保证投资的有效性和延续性。深化信息系统应用，加强信息资源整合，有效规避信息孤岛。在满足当前需求的前提下，适度考虑整个系统的易部署、简运维、高稳定、易扩展的特性，实现在未来一段时间内信息系统的无缝衔接，减少对 IT 基础设施建设的重复投入，最大限度的保护已有投资。

4.3 功能结构

图 3 功能结构

1、可视化展示

系统地图为可支持 2.5 维展示。为提升展示效果，可依据需求，实现部分区域地上部分三维倾斜射影建模，地下部分 BIM 建模，模型融合，可试点支撑基于数字孪生技术的智能化运维，能够弥补传统三维建模技术的缺陷，提供了高效率，低成本等优点。具体包括：获取各系统和设备空间位置信息，把原来编号或文字表示变成三维图形位置，直观形象且方便查找。管理复杂的地下管网，如污水管、排水管、网线、电线及相关管井，并可在图上直接获得相对位置关系。实现警情 BIM 三维可视化展示，将与该突发事件相关的所有信息和相关数据切换到智能化监控中心大屏幕显示屏上。实现与上级应急响应系统信息互联的通信接口，包括电话、短信接口。实现对自动语音播报、应急预案的设置管理。

图 4 无人机倾斜摄影道路模型

图 5 地下管网 BIM 模型

运维管理 BIM 模型的信息整合主要包括四个方面：

1）在设计时，将建筑物以及其不同构件和设备等的详细信息添加到三维模型上，同时把道路、管网、附属设施等信息进行整合，形成设计 BIM 模型；

2）在施工时，将施工产生的信息逐步附加到设计 BIM 模型中，并进行整合和初步优化，形成竣工 BIM 模型；

3）BIM 模型信息的最终集成既包括竣工 BIM 模型，也包括运维管理时产生的静态数据和实时动态数据，以保持 BIM 模型数据库的实时更新；

4）利用二次开发拓展接口实现对不同体系的 BIM 模型优化和整合，形成没有数据冗余、数据完整的多专业复合模型。表示的是运维阶段 BIM 的实时信息采集过程。

图 6 BIM 模型数据库

2、智能化识别分析

将智能化自动化检测技术的应用与运维养护业务融合，实现更加多元化的终端设备应用，包括移动端的养护作业管理 APP 的使用，提升养护效率，由被动养护向全寿命周期运维模式发展，全面降低运维成本注重对养护数据的重视，开展大数据挖掘分析，重视对基础设施性能的理解，为预防性养护做好关键支撑。从结构安全评价、设备运行状态评价、运行服务评价三方面出发，对结构相关监测数据、设备运行数据、设备缺陷巡检数据、养护工单数据进行统计分析，做出预测性维护策略、运行策略、修复策略。

图 7 数据分析流程

图 8 数据分析报告

在提高巡检效率和精准度方面，我们可以利用 AI 技术结合车载摄像头和固定摄像头设备进行设施病害的自动识别、捕捉。利用其图像识别技术对病害类型进行精准识别，在智能识别的前期可以辅以人工判断以优化识别算法,后期可以通过自我学习进行算法优化和完善，以便快速准确的识别出病害信息。

图 9 固定点位智能识别摄像头

图 10 车载智能识别摄像头

1、经济效益

本项目结合视觉分析、深度学习算法进行分析计算，准确定位巡检发现的问题，及时进行事件上报和养护维修处理。相对于现有的巡查方式，该方案将智能检测和人工巡查集合为一体，实现了业务协同和业务融合，提高了巡检效率。高新区智慧运管平台的建设提高现有运营管理体系的信息化水平，数据汇总分析，平台统一管理，一屏集中展示，全面提升管理人员的工作效率，公众平安出行提供充分保障。

如上所述，智能化、信息化运营管理平台的建设能够减少人为因素在运营过程中的干预，所有的决策做到有据可依，能够量化对资金使用的考核，对具体运营的措施能够科学决策和评价，合理分配养护资金，实现养护效益最大化，从长期的效益考量来看，能够实现资金的有效利用和整体节约。

2、社会效益

市政道路养护可以实现业务的闭环流程，实现环节可查询、可追溯，进一步保障运营质量，保证路面技术状况的优良率，提高驾驶的安全性、畅通性和舒适性，提高民众出行满意度。智能运营平台将从流程驱动、精细化、集约化管理保证运营质量，提高市政市政道路服务水平，优化交通系统，提高交通出行效率，服务质量的提高直接决定了行驶舒适度，并可降低行驶车辆的油耗水平。应急管理模块通过对各类应急资源的调度，帮助管理人员在应急事件发生时能够快速、精准、合理的使用应急资源，解决应急事件，降低事件给人民群众带来的生命、财产损失。此外，依托智能化算法实现传统市政道路的智能化升级改造，对采集数据进行汇总，帮助运营部门准确定位待修路面，为市政道路的管控决策提供决策依据，丰富交通感知维度，切实推动智能交通、智慧城市的发展。

3、管理效益

系统通过建立业务系统，能够准确把握项目的全过程，将原本的纸质化、可修改信息转变为数字化、智能化的信息，为管理人员提供真实可信的数据；通过对数据的采集分析，整合基于深度神经网络的路面病害识别算法模型、公路养护预算优选分配指数模型、基于线性回归分析的路面性能预测模型三大算法模型，生成报告以及可视化管理，达到直观全面监测公路设施及运营状况，为公路运营提供科学的、有效的辅助决策支持和建议。