基于BIM技術的智慧服務區一-張圖管理系統研究

王健 麥冬 陳濤 蘇聰

摘要：文章利用BIM可視化、參數化、信息化的特點，結合視頻監控、AI圖像識別等技術手段，設計建立一張圖管理系統，助力高速公路服務區提高管理水平、提升服務質量，實現數字化管理、人性化沉浸式服務體驗需求。

關鍵詞：BIM；人工智能；事件檢測；一張圖管理

中圖分類號：U491.8A521754

0引言

高速公路建設的工作重點已逐漸由建設向運維、管理和服務轉移。服務區作為高速公路的重要組成部分之一，是高速公路延伸產業的重要展示窗口和人流物流集散地，無論從規模、設施、功能還是服務質量，高速公路服務區都越來越得到重視。同時，伴隨著云服務、物聯網、邊緣計算、人工智能、視頻監控、大數據、BIM等新一代信息技術的更新發展，服務區管理建設對可視化、信息化和智慧化的需求與日俱增。

圍繞新服務區數字化、智慧化、人性化的發展需求，建設以人性化沉浸式服務體驗為目的，以BIM技術為核心界面，以智能監控和AI圖像識別技術為基礎數據支撐，以“萬物互聯”為管理方式，具有開放、穩定、安全、可擴展、可復制、數據展示直觀多樣等特性的一張圖管理系統，可以有效提升服務區的綠色高效、安全智能水平。

1BIM的概念及實現

1.1BIM的概念

BIM（Building Information Modeling），全稱為建筑信息模型，是指三維“可視化”的數字建筑模型，兼具物理特性與功能特性，其以建筑項目最初概念設計為出發點，以全生命周期一體化管理為特點，為工程項目在設計、施工、運營、維護等環節進行決策提供可靠的共享信息資源。

1.2BIM的作用

（1）設計階段。BIM能將工程項目建設中涉及的建筑、結構、電氣等內容整合到一個共享的建筑信息型中，融合各專業都基于同一個模型進行工作，使工程師可以更直觀地掌握和了解結構與設備等沖突，實現設計施工一體化的目的［1］。

（2）施工階段。BIM可以同步質量、進度等信息，實現整個施工階段的可視化管理。

（3）運營階段。為管理單位提供豐富的信息和極大便利。

（4）維護階段。管理單位可更加直觀地了解建筑物中每個設備的位置，運用簡單的圖形操作，快速而精準地定位報修設施設備所在的位置，同時提供如安裝日期、型號等參數信息。

BIM技術可以顯著縮短工程設計周期與施工時間，在協調方面也有其優勢所在，顯著降低了建設成本，提高了整體收益。

1.3BIM的實現

常用的設計軟件主要有RevitRevit（建模）、Navisworks（碰撞檢測、施工模擬）、Rhino（異形設計）等，根據設計圖紙，逐步實現三維建模。還可利用無人機傾斜攝影技術，逆向生成環境和建筑物的三維模型，后期通過專業三維軟件的精修調整，實現BIM模型的精準建模［2］。

2當前服務區存在的問題

目前服務區存在以下幾個不足之處：

（1）服務內容無法滿足消費者日益增長的多元化需求。目前我國絕大多數服務區的功能定位比較單一，僅用于解決加油、如廁、餐飲、休息等，未能充分考慮司乘人員的其他需求，如無人售賣、信息服務、休閑娛樂等［3］。

（2）服務質量和水平未達到消費者的期望。服務區的車流量逐年增高，當服務區停放車輛的面積大于服務區的實際面積時，無序的指引會造成車輛進出停放的混亂，導致司乘人員滿意度大大降低。同時由于缺乏環境檢測，廣場和廁所衛生環境問題沒有得到及時處理，進而影響服務區的整體形象。

（3）特殊車輛的監控不足。現階段服務區危化品車輛主要靠人工監測和現場指揮控制，這種方式容易造成遺漏，不利于安全防范。同時缺乏對應危化品車輛的信息存儲記錄和分析及有效的預警手段。

3使用BIM實現一張圖管理

為解決上述問題，同時滿足服務區對于專業化、信息化、節能環保的管理需求，基于BIM技術構建一張圖管理系統。

本系統以解決服務區日常管理要求和公眾服務為核心，集成了BIM、人工智能、視頻監控、圖像識別、物聯網、互聯網+、大數據等技術，使服務區管理更加有序、高效。

3.1BIM技術的引入

通過BIM技術，將服務區主要服務場所及控制設備整體以三維模型（圖1）的方式進行呈現，實現對服務區各區域和設備的可視化管控以及對司乘人員的信息引導，提升服務區的管理水平和

BIM在瀏覽器上的實現主要依靠以下技術：

3.1.1Html5和Java Script技術

HTML5是Web中核心語言HTML的規范，其實現了跨平臺，增強了多媒體展現的能力，能更好地適應移動端設備。

Java Script是一種基于對象和事件驅動的解釋性語言，支持跨平臺，簡單易用。Java Script依賴于瀏覽器本身，其編寫的程序不必在運行前進行編譯，即可直接寫入Web頁面中并由調用其瀏覽器來解釋執行。

3.1.2Open GL和Web GL技術

Open GL是一套最常用的跨平臺圖形庫，Web GL是基于Open GL設計的面向web頁面的底層圖形標準，其提供了一系列Java Script 接口，這些接口通過利用硬件加速進行圖形渲染從而獲得了較高的性能。Web GL 的渲染基于 Html5 的Canvas 元素來實現，通過Web GL技術，能在網頁中繪制高性能的三維圖形。

3.1.3Three JS技術

Web GL是一個底層的標準，Chrome、Firefox等現代瀏覽器都實現了基于這個底層的標準，之后通過Java Script代碼就可以實現三維圖形的渲染。Three JS再次封裝了底層的圖形接口，極大地簡化了三維圖形的實現過程，使三維場景更容易被實現。依靠Three JS實現了BIM在瀏覽器上的應用。

3.2管理系統構建

3.2.1系統建設內容

（1）系統對收集的基礎信息（如危化品車輛信息、車流信息、監控信息等）和路況信息（交通流量數據、交通事件信息等）進行建模分析和深度學習。

（2）通過智能分析，正確識別大貨車、小客車、“兩客一危”等車型。利用智能車輛策略引導技術、可變信息情報板技術、消息推送技術等，從車型（含危化品車輛）識別、進區引導、車位識別、車位管理、車位占用情況等方面進行科學規范管理，有效提升服務區內車輛的進出效率。

（3）實現對服務區內環境的實時監控，便于服務區管理人員及時了解當前服務區內的環境變化，防范潛在的安全隱患。

（4）通過對服務區內各硬件設備安裝物聯網控制器，使用統一的物聯網協議進行通信連接，實現設備智能化管理。服務區管理人員通過相應的BIM可視界面即可便捷查看設備的運行狀態并實現對指定設備的遠程操控。

3.2.2子系統模塊（圖2）

3.2.2.1智能停車引導

通過人工智能圖像識別、車型識別與卡口相機采集的車牌數據有機結合，綁定車牌與車型數據，分發引導信息至服務區內各情報板，有效引導每輛進入服務區的車輛停放至指定位置。

服務區各車位信息由智能識別模塊將信息傳送至中央控制模塊，再由中央控制模塊對信息進行分析處理，將分析結果存放到數據庫服務器，同時分發至信息發布模塊、引導服務模塊，為車輛引導策略模塊提供技術支持。

對主要通道、消防通道進行在線電子圍欄布防，識別超過時間的閾值車輛，自動推送預警消息至管理人員手機中，使管理人員能夠及時監控服務區內的各種異常情況。

管理人員通過服務區的BIM模型界面，實時查看各車位、不同類型車輛的停放情況，結合現場視頻，實現即時管控。

3.2.2.2危化品車監控引導

通過人工智能圖像識別、車型識別、卡口相機車牌數據有機結合，快捷地識別危化品車輛的信息，并通過服務區危化品車輛引導模塊，在標志牌上針對危化品車輛即時進行有效引導、停放、管理、預警等自動化操作，實時統計服務區內的危化品車輛數量及停靠時間。

除危化品車輛的進入信息外，還需對在途危化品車輛狀態進行預測和監管，將離開服務區的危化品車輛信息與監管平臺聯動，實現多層次專業性監管與輔助，保證監管部門完整把控危化品車輛的相關動態信息。

3.2.2.3車輛數據分析

服務區進出口部署卡口相機的車牌、車輛數據。通過智能計算可以實現如下功能：

（1）計算卡口通行車輛的時間數據。統計大車及小車的通行時間，采用加權平均算法計算路段平均通行時間。針對路段擁堵情況，情報板在司乘人員進入該路段前能及時做出精準信息提醒。

（2）車輛逃費檢測。路段間車輛進出信息丟失、長時間不具備進出數據、僅有進卡口數據或者僅有出卡口數據，則認為該車輛有可能存在逃費情況，可進一步通過該車輛信息與打逃系統協作，聯合打逃。

（3）車流量統計。根據各個卡口的車輛數據乘以路段長度的總和除以全路段總長度，即可計算全路段的車流量值。

管理人員在BIM系統界面中點擊卡口相機模型，可彈出上述內容的詳細信息。

3.2.2.4區域事件分析管理

通過人工智能識別技術，監控服務區廣場內人行通道、行車通道、禁停區域、危險區域等關鍵區域。當發生人行通道有車輛違規停放、行車通道有人員停留時間過長、禁停區域存在車輛違規停放、危險區域存在人員或車輛停留等事件時，通過服務區內的廣播系統智能播放對應警示通知，同時發送短信將事件推送至對應的管理人員，便于其核實現場實際情況，通過人機協同，規避危險。

3.2.2.5廣場燈光智能控制

在服務區立柱上安裝對應的光敏傳感器、溫度傳感器及相應的控制電路，通過軟件程序設置，實現不同的天氣、光照等情況下智能控制廣場內照明補光燈。通過人工智能識別技術，可根據區域內的停車情況實現針對性的燈光控制，如有車輛停放的區域打開對應的照明燈，未有車輛停放的區域關閉照明燈，達到綠色節能的目的。

系統在BIM模型上增加白天和黑夜的環境設置，隨著時間推進，夜間的實時顯示效果更為直觀。

3.2.2.6加油站安全隱患檢測管理

在加油站周邊安裝攝像機監控卸油區、加油區等區域以及在合適的位置安裝紅外熱感、煙霧等傳感器，配合人工智能識別技術，監控加油站區域的危險事件，檢測安全隱患，避免發生安全事故。

3.2.2.7情報板智能消息發布

情報板信息發布系統，底層適配市場主流的情報板廠家，在網絡暢通的情況下，通過控制中臺的簡單配置，實現內容自定義推送，滿足疫情防控及節假日宣傳需要，同時也實現了廣告智能輪播。

點擊BIM主界面上各情報板模型，即可對該情報板進行內容編輯和推送。

3.2.2.8氣象及環境監控

利用提供能見度、溫度、濕度、噪聲、氣壓、風速、降雨、PM 2.5/PM 10等數據的各種氣象傳感器，全天候采集服務區當前的氣象數據，通過物聯網傳輸協議，將氣象數據上傳至中心服務器。系統根據當前氣象情況推送相應的信息至服務區對應的信息情報板，提醒司乘人員針對氣象情況采取相應的個人防護措施。

選擇環境模塊，系統將在BIM模型上高亮所有傳感器位置，用戶點擊各不同傳感器，可查看當前設備狀態及其提供的相關數據信息。

3.2.2.9機電設備狀態監控系統

通過智慧電箱的部署，實現以下目的：

（1）監測桿件范圍內每條電路的電流、電壓、溫度、剩余電流（漏電電流），提供設備運行基礎狀態信息。

（2）支持重合閘功能，當遠程空氣開關因各種原因（漏電、雷擊）導致跳閘斷開時，提供遠程重合閘功能。同時亦提供遠程分閘功能，由此可有效降低機電設備維護的成本。

（3）設備健康狀態監控，除通過用電狀態監控設備，亦可通過RS232/RS485、TCP/IP等不同協議，監控相應設備的心跳數據。實時掌握監控范圍內各種設備健康大數據，提供數據可視化分析，為服務區機電維護維修、零部件更換策略等提供科學翔實的數據依據。

管理人員通過在服務區BIM模型上查找各智慧電箱的位置，點擊任意一個電箱即可實現統計數據的查閱及對設備的遠程控制。

3.2.2.10客流統計分析管理

客流統計是一項重要的商業市場研究手段，能夠為服務區的運營決策和綜合管理提供準確及時的數據參考。

根據AI目標識別結合目標跟蹤的客流量算法，精準到每秒鐘的客流量，可根據原始數據采用不同的時間顆粒度，從分、時、天到周、月、季、年，統計不同時段內的客流量分析數據。結合恒溫黑體，亦可針對服務區的進出客流進行常態化體溫監控，實時監控體溫數據，及時預警。

3.2.2.11紅外熱成像監控

將熱成像體溫檢測儀設備放置在服務區綜合樓的進口，運用紅外測溫原理，通過把溫度轉換成數字和圖像，能快速、準確地對進入服務區大廳的當事人及工作人員進行體溫測量。相比傳統的手持測溫儀，熱成像體溫檢測儀測溫精確度更高，檢測速度更快，安保人員只需坐在電腦前就能觀測進出人員的體溫情況，有效減少交叉感染的可能性。

3.2.2.12智慧公廁

傳統廁所普遍存在治理難的情況，衛生環境差、 數量少、管理弱一直是大眾反映最強烈的問題。智慧公廁系統結合了物聯網、大數據、云計算、網絡傳輸、傳感器等技術，使傳統廁所具備即時感知、準確判斷和精確執行的能力，實現了對公共廁所的精細化管理。見圖3。

點擊智慧公廁區域，系統視角將自動切換至廁所BIM模型界面，公眾可知廁位的使用信息統計及廁位占用狀態。

4結語

為實現高速公路服務區智能化、信息化管理，本文以服務區為主體，運用BIM技術與硬件設備相結合，打破傳統信息管理系統的運行模式，重新構建一張圖管理體系，滿足公眾和管理人員對服務區信息化、可視化、智慧化的升級需求，有效助力高速公路服務區提高管理水平，提升服務質量，實現數字化管理、人性化沉浸式服務體驗需求，對提高服務區運維管理具有重要意義。

參考文獻

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［2］周達，李明，關昆，等.基于WebGL的三維GIS應用研究［J］.測繪與空間地理信息，2017（12）：139-140，143.

［3］趙杰，徐潤，張常勇.山東省高速公路全壽命周期 BIM 技術應用［J］.山東交通科技，2021（6）：9-11.

基金項目：廣西重點研發計劃“智慧高速車路一體技術研究與示范項目”（編號：桂科AB21196008）

作者簡介：王健（1981—），工程師；研究方向：軟件研發、系統架構。