王健 麦冬 陈涛 苏聪
摘要：文章利用BIM可视化、参数化、信息化的特点，结合视频监控、AI图像识别等技术手段，设计建立一张图管理系统，助力高速公路服务区提高管理水平、提升服务质量，实现数字化管理、人性化沉浸式服务体验需求。
关键词：BIM；
人工智能；
事件检测；
一张图管理
中图分类号：U491.8A521754
0引言
高速公路建设的工作重点已逐渐由建设向运维、管理和服务转移。服务区作为高速公路的重要组成部分之一，是高速公路延伸产业的重要展示窗口和人流物流集散地，无论从规模、设施、功能还是服务质量，高速公路服务区都越来越得到重视。同时，伴随着云服务、物联网、边缘计算、人工智能、视频监控、大数据、BIM等新一代信息技术的更新发展，服务区管理建设对可视化、信息化和智慧化的需求与日俱增。
围绕新服务区数字化、智慧化、人性化的发展需求，建设以人性化沉浸式服务体验为目的，以BIM技术为核心界面，以智能监控和AI图像识别技术为基础数据支撑，以“万物互联”为管理方式，具有开放、稳定、安全、可扩展、可复制、数据展示直观多样等特性的一张图管理系统，可以有效提升服务区的绿色高效、安全智能水平。
1BIM的概念及实现
1.1BIM的概念
BIM（Building Information Modeling），全称为建筑信息模型，是指三维“可视化”的数字建筑模型，兼具物理特性与功能特性，其以建筑项目最初概念设计为出发点，以全生命周期一体化管理为特点，为工程项目在设计、施工、运营、维护等环节进行决策提供可靠的共享信息资源。
1.2BIM的作用
（1）设计阶段。BIM能将工程项目建设中涉及的建筑、结构、电气等内容整合到一个共享的建筑信息型中，融合各专业都基于同一个模型进行工作，使工程师可以更直观地掌握和了解结构与设备等冲突，实现设计施工一体化的目的［1］。
（2）施工阶段。BIM可以同步质量、进度等信息，实现整个施工阶段的可视化管理。
（3）运营阶段。为管理单位提供丰富的信息和极大便利。
（4）维护阶段。管理单位可更加直观地了解建筑物中每个设备的位置，运用简单的图形操作，快速而精准地定位报修设施设备所在的位置，同时提供如安装日期、型号等参数信息。
BIM技术可以显著缩短工程设计周期与施工时间，在协调方面也有其优势所在，显著降低了建设成本，提高了整体收益。
1.3BIM的实现
常用的设计软件主要有RevitRevit（建模）、Navisworks（碰撞检测、施工模拟）、Rhino（异形设计）等，根据设计图纸，逐步实现三维建模。还可利用无人机倾斜摄影技术，逆向生成环境和建筑物的三维模型，后期通过专业三维软件的精修调整，实现BIM模型的精准建模［2］。
2当前服务区存在的问题
目前服务区存在以下几个不足之处：
（1）服务内容无法满足消费者日益增长的多元化需求。目前我国绝大多数服务区的功能定位比较单一，仅用于解决加油、如厕、餐饮、休息等，未能充分考虑司乘人员的其他需求，如无人售卖、信息服务、休闲娱乐等［3］。
（2）服务质量和水平未达到消费者的期望。服务区的车流量逐年增高，当服务区停放车辆的面积大于服务区的实际面积时，无序的指引会造成车辆进出停放的混乱，导致司乘人员满意度大大降低。同时由于缺乏环境检测，广场和厕所卫生环境问题没有得到及时处理，进而影响服务区的整体形象。
（3）特殊车辆的监控不足。现阶段服务区危化品车辆主要靠人工监测和现场指挥控制，这种方式容易造成遗漏，不利于安全防范。同时缺乏对应危化品车辆的信息存储记录和分析及有效的预警手段。
3使用BIM实现一张图管理
为解决上述问题，同时满足服务区对于专业化、信息化、节能环保的管理需求，基于BIM技术构建一张图管理系统。
本系统以解决服务区日常管理要求和公众服务为核心，集成了BIM、人工智能、视频监控、图像识别、物联网、互联网+、大数据等技术，使服务区管理更加有序、高效。
3.1BIM技术的引入
通过BIM技术，将服务区主要服务场所及控制设备整体以三维模型（图1）的方式进行呈现，实现对服务区各区域和设备的可视化管控以及对司乘人员的信息引导，提升服务区的管理水平和
BIM在浏览器上的实现主要依靠以下技术：
3.1.1Html5和Java Script技术
HTML5是Web中核心语言HTML的规范，其实现了跨平台，增强了多媒体展现的能力，能更好地适应移动端设备。
Java Script是一种基于对象和事件驱动的解释性语言，支持跨平台，简单易用。Java Script依赖于浏览器本身，其编写的程序不必在运行前进行编译，即可直接写入Web页面中并由调用其浏览器来解释执行。
3.1.2Open GL和Web GL技術
Open GL是一套最常用的跨平台图形库，Web GL是基于Open GL设计的面向web页面的底层图形标准，其提供了一系列Java Script 接口，这些接口通过利用硬件加速进行图形渲染从而获得了较高的性能。Web GL 的渲染基于 Html5 的Canvas 元素来实现，通过Web GL技术，能在网页中绘制高性能的三维图形。
3.1.3Three JS技术
Web GL是一个底层的标准，Chrome、Firefox等现代浏览器都实现了基于这个底层的标准，之后通过Java Script代码就可以实现三维图形的渲染。Three JS再次封装了底层的图形接口，极大地简化了三维图形的实现过程，使三维场景更容易被实现。依靠Three JS实现了BIM在浏览器上的应用。
3.2管理系统构建
3.2.1系统建设内容
（1）系统对收集的基础信息（如危化品车辆信息、车流信息、监控信息等）和路况信息（交通流量数据、交通事件信息等）进行建模分析和深度学习。
（2）通过智能分析，正确识别大货车、小客车、“两客一危”等车型。利用智能车辆策略引导技术、可变信息情报板技术、消息推送技术等，从车型（含危化品车辆）识别、进区引导、车位识别、车位管理、车位占用情况等方面进行科学规范管理，有效提升服务区内车辆的进出效率。
（3）实现对服务区内环境的实时监控，便于服务区管理人员及时了解当前服务区内的环境变化，防范潜在的安全隐患。
（4）通过对服务区内各硬件设备安装物联网控制器，使用统一的物联网协议进行通信连接，实现设备智能化管理。服务区管理人员通过相应的BIM可视界面即可便捷查看设备的运行状态并实现对指定设备的远程操控。
3.2.2子系统模块（图2）
3.2.2.1智能停车引导
通过人工智能图像识别、车型识别与卡口相机采集的车牌数据有机结合，绑定车牌与车型数据，分发引导信息至服务区内各情报板，有效引导每辆进入服务区的车辆停放至指定位置。
服务区各车位信息由智能识别模块将信息传送至中央控制模块，再由中央控制模块对信息进行分析处理，将分析结果存放到数据库服务器，同时分发至信息发布模块、引导服务模块，为车辆引导策略模块提供技术支持。
对主要通道、消防通道进行在线电子围栏布防，识别超过时间的阈值车辆，自动推送预警消息至管理人员手机中，使管理人员能够及时监控服务区内的各种异常情况。
管理人员通过服务区的BIM模型界面，实时查看各车位、不同类型车辆的停放情况，结合现场视频，实现即时管控。
3.2.2.2危化品车监控引导
通过人工智能图像识别、车型识别、卡口相机车牌数据有机结合，快捷地识别危化品车辆的信息，并通过服务区危化品车辆引导模块，在标志牌上针对危化品车辆即时进行有效引导、停放、管理、预警等自动化操作，实时统计服务区内的危化品车辆数量及停靠时间。
除危化品车辆的进入信息外，还需对在途危化品车辆状态进行预测和监管，将离开服务区的危化品车辆信息与监管平台联动，实现多层次专业性监管与辅助，保证监管部门完整把控危化品车辆的相关动态信息。
3.2.2.3车辆数据分析
服务区进出口部署卡口相机的车牌、车辆数据。通过智能计算可以实现如下功能：
（1）计算卡口通行车辆的时间数据。统计大车及小车的通行时间，采用加权平均算法计算路段平均通行时间。针对路段拥堵情况，情报板在司乘人员进入该路段前能及时做出精准信息提醒。
（2）车辆逃费检测。路段间车辆进出信息丢失、长时间不具备进出数据、仅有进卡口数据或者仅有出卡口数据，则认为该车輛有可能存在逃费情况，可进一步通过该车辆信息与打逃系统协作，联合打逃。
（3）车流量统计。根据各个卡口的车辆数据乘以路段长度的总和除以全路段总长度，即可计算全路段的车流量值。
管理人员在BIM系统界面中点击卡口相机模型，可弹出上述内容的详细信息。
3.2.2.4区域事件分析管理
通过人工智能识别技术，监控服务区广场内人行通道、行车通道、禁停区域、危险区域等关键区域。当发生人行通道有车辆违规停放、行车通道有人员停留时间过长、禁停区域存在车辆违规停放、危险区域存在人员或车辆停留等事件时，通过服务区内的广播系统智能播放对应警示通知，同时发送短信将事件推送至对应的管理人员，便于其核实现场实际情况，通过人机协同，规避危险。
3.2.2.5广场灯光智能控制
在服务区立柱上安装对应的光敏传感器、温度传感器及相应的控制电路，通过软件程序设置，实现不同的天气、光照等情况下智能控制广场内照明补光灯。通过人工智能识别技术，可根据区域内的停车情况实现针对性的灯光控制，如有车辆停放的区域打开对应的照明灯，未有车辆停放的区域关闭照明灯，达到绿色节能的目的。
系统在BIM模型上增加白天和黑夜的环境设置，随着时间推进，夜间的实时显示效果更为直观。
3.2.2.6加油站安全隐患检测管理
在加油站周边安装摄像机监控卸油区、加油区等区域以及在合适的位置安装红外热感、烟雾等传感器，配合人工智能识别技术，监控加油站区域的危险事件，检测安全隐患，避免发生安全事故。
3.2.2.7情报板智能消息发布
情报板信息发布系统，底层适配市场主流的情报板厂家，在网络畅通的情况下，通过控制中台的简单配置，实现内容自定义推送，满足疫情防控及节假日宣传需要，同时也实现了广告智能轮播。
点击BIM主界面上各情报板模型，即可对该情报板进行内容编辑和推送。
3.2.2.8气象及环境监控
利用提供能见度、温度、湿度、噪声、气压、风速、降雨、PM 2.5/PM 10等数据的各种气象传感器，全天候采集服务区当前的气象数据，通过物联网传输协议，将气象数据上传至中心服务器。系统根据当前气象情况推送相应的信息至服务区对应的信息情报板，提醒司乘人员针对气象情况采取相应的个人防护措施。
选择环境模块，系统将在BIM模型上高亮所有传感器位置，用户点击各不同传感器，可查看当前设备状态及其提供的相关数据信息。
3.2.2.9机电设备状态监控系统
通过智慧电箱的部署，实现以下目的：
（1）监测杆件范围内每条电路的电流、电压、温度、剩余电流（漏电电流），提供设备运行基础状态信息。
（2）支持重合闸功能，当远程空气开关因各种原因（漏电、雷击）导致跳闸断开时，提供远程重合闸功能。同时亦提供远程分闸功能，由此可有效降低机电设备维护的成本。
（3）设备健康状态监控，除通过用电状态监控设备，亦可通过RS232/RS485、TCP/IP等不同协议，监控相应设备的心跳数据。实时掌握监控范围内各种设备健康大数据，提供数据可视化分析，为服务区机电维护维修、零部件更换策略等提供科学翔实的数据依据。
管理人员通过在服务区BIM模型上查找各智慧电箱的位置，点击任意一个电箱即可实现统计数据的查阅及对设备的远程控制。
3.2.2.10客流统计分析管理
客流统计是一项重要的商业市场研究手段，能够为服务区的运营决策和综合管理提供准确及时的数据参考。
根据AI目标识别结合目标跟踪的客流量算法，精准到每秒钟的客流量，可根据原始数据采用不同的时间颗粒度，从分、时、天到周、月、季、年，统计不同时段内的客流量分析数据。结合恒温黑体，亦可针对服务区的进出客流进行常态化体温监控，实时监控体温数据，及时预警。
3.2.2.11红外热成像监控
将热成像体温检测仪设备放置在服务区综合楼的进口，运用红外测温原理，通过把温度转换成数字和图像，能快速、准确地对进入服务区大厅的当事人及工作人员进行体温测量。相比传统的手持测温仪，热成像体温检测仪测温精确度更高，检测速度更快，安保人员只需坐在电脑前就能观测进出人员的体温情况，有效减少交叉感染的可能性。
3.2.2.12智慧公厕
传统厕所普遍存在治理难的情况，卫生环境差、 数量少、管理弱一直是大众反映最强烈的问题。智慧公厕系统结合了物联网、大数据、云计算、网络传输、传感器等技术，使传统厕所具备即时感知、准确判断和精确执行的能力，实现了对公共厕所的精细化管理。见图3。
点击智慧公厕区域，系统视角将自动切换至厕所BIM模型界面，公众可知厕位的使用信息统计及厕位占用状态。
4结语
为实现高速公路服务区智能化、信息化管理，本文以服务区为主体，运用BIM技术与硬件设备相結合，打破传统信息管理系统的运行模式，重新构建一张图管理体系，满足公众和管理人员对服务区信息化、可视化、智慧化的升级需求，有效助力高速公路服务区提高管理水平，提升服务质量，实现数字化管理、人性化沉浸式服务体验需求，对提高服务区运维管理具有重要意义。
参考文献
［1］ 王志洪.高速公路服务区存在的问题以及升级发展构想［J］.山西建筑，2018（29）：224-226.
［2］周达，李明，关昆，等.基于WebGL的三维GIS应用研究［J］.测绘与空间地理信息，2017（12）：139-140，143.
［3］赵杰，徐润，张常勇.山东省高速公路全寿命周期 BIM 技术应用［J］.山东交通科技，2021（6）：9-11.
基金项目：广西重点研发计划“智慧高速车路一体技术研究与示范项目”（编号：桂科AB21196008）
作者简介：王健（1981—），工程师；
研究方向：软件研发、系统架构。