BIM智能建造技术在高速服务区的设计与应用

王贵海 任伟 张多 王墨含 张功蕾 赵菲菲

摘要 文章提出基于高速公路服务区的智慧化、零碳化方面的设计，结合BIM智能建造技术开展快速部署工作。以枣菏高速金乡服务区为实际建设案例建设综合管理平台，分项系统包含有海绵服务区、视频AI算法分析、光热一体化建设、中水处理再利用、智能配用电管理、固废处理等系统，通过采用智能建造方法应用，使服务区智慧化建设在20 d内完成，综合管理平台在10 d内全部上线运行。

关键词 智慧服务区；服务区智能化设计；智能建造技术

中图分类号 U495文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0114-03

0 引言

高速服务区是高速公路上重要的基础设施，内部包含加油/气、汽修、餐饮、购物、旅游、休息等服务。服务区常建设在远离村镇的位置，获取水电资源成本较高，能源供给可靠性差，安全管控能力不高，车辆和人员的管理手段少，营收方法单一。为了提升服务区的运维管理效率以及方便旅客的使用体验，服务区的智慧化建设变得非常重要。为了满足运营单位的使用要求，进一步完善旅客出行的高效便捷，该设计结合服务区主要特点和管理需求内容，通过模拟使用效果和最终成效，形成高速服务区智慧化、绿色零碳化的技术方案。在实施过程中大量采用智能建造技术，减少了施工周期和服务区封闭时间。通过实际项目的研究，实例分析智慧化和零碳化的效果，智能建造技术的应用。

1 高速服务区智慧系统的基本概念

高速服务区智慧系统是指利用信息技术手段，对服务区内的车辆、旅客、设施等进行智能化管理，使服务区能够更加安全、高效运行，解决运营方透明化管理的使用要求，提高了能源的利用率，细化设施管理的颗粒度，让服务区得到可持续化发展。高速公路智慧化服务区智能系统技术特征，包括智能化、信息化、网络化、安全性和绿色低碳性5个方面。通过采用私有云、工业互联网、物联网、人工智能等技术，实现服务区的智慧化运行和数据实时共享。此外，还强调了服务区应实现能源自给，促进绿色低碳可持续发展[1]。

2 高速服务区智慧化、零碳化建设

2.1 建设要点

中国能建装备板块业务是公司完整业务链条中的关键环节，涵盖了机械设备、电气设备、线路器材和金属结构制作与加工等多个领域。近年来，装备板块在数字化转型方面成绩斐然，成为行业内佼佼者。通过引入三维设计、智能制造和智能运维等先进技术，装备板块不断优化业务流程，提升产品质量与安全性。

装备板块的业务逻辑遵循需求分析、智能设计、智能制造、智能施工和智能运维这一闭环过程。其中，需求分析是精准把握客户需求的关键环节；智能设计通过BIM技术实现装备制造的智能化和精细化；智能制造则将设计方案转化为实际产品；智能施工确保项目高效、安全、高质量地完成；智能运维则在整个装备生命周期内对其进行持续监测与优化。在装备板块的应用体系中，全生命周期应用覆盖规划设计、生产制造、施工和运行维护等多个环节。在设计阶段，首先要进行需求分析，明确客户需求；接着创建组件族库和设备族库，为后续设计提供基础支持；最后对装备设备进行建模，实现设计方案的数字化呈现。在制造阶段，装备板块借助组件拆解加工、组件虚拟组装、组件制造指导和智能制造等技术，确保产品质量和生产效率。在施工阶段，通过施工计划制订、施工过程管理、施工质量控制、施工安全和施工成本控制等手段，保证项目顺利推进。在运维阶段，装备板块运用设备监测与诊断、设备性能优化、能源管理、维护与保养、安全管理等方法，对装备进行持续运维，确保其安全可靠运行。同时，通过数据分析与决策支持，为公司提供有关装备板块业务优化的重要依据。

总之，中国能建装备板块业务在全生命周期应用中，通过数字化转型取得了显著成果。未来，随着技术的不断发展和市场需求的日益多样化，装备板块将继续发挥重要作用，助力公司业务发展。

2.2 建设意义

高速服务区智慧化、零碳化建设具有重要的意义。首先，智慧化、零碳化建设有助于提高服务区的运营效率。通过引入人工智能、物联网、大数据等先进技术，实现对服务区的智能化管理，可以有效提升服务区的运营效率，减少人力成本，同时提高服务质量和客户满意度。其次，智慧化、零碳化建设有助于实现绿色可持续发展。通过采用清洁能源、节能设备、智能控制系统等手段，降低服务区的能源消耗和碳排放，实现零碳运营，有利于环境保护和资源节约，符合我国绿色发展理念。再次，智慧化、零碳化建设有助于提升高速服务区的品牌形象。作为高速公路的重要配套设施，高速服务区通过智慧化、零碳化建设，可以展示出企业对环保、社会责任的重视，提升企业的品牌形象和市场竞争力。最后，智慧化、零碳化建设有助于推动我国交通基础设施的现代化。随着我国高速公路建设事业的快速发展，高速服务区的智慧化、零碳化建设将成为必然趋势。通过推动智慧化、零碳化建设，有助于加快我国交通基础设施的现代化进程，为我国经济社会发展创造更好的条件。

总之，高速服务区智慧化、零碳化建设具有重要的意义。通过实现服务区的智能化、绿色化运营，不仅能够提高服务区的运营效率和客户满意度，还有助于推动我国交通基础设施的现代化，实现绿色可持续发展。

2.3 建设原则

随着我国高速公路建设事业的快速发展，高速服务区作为高速公路的重要配套设施，其功能和需求也在不断升级。智慧化、零碳化建设作为一种新兴的建设模式，对提高服务区的运营效率、实现绿色可持续发展具有重要意义。在实施高速服务区智慧化、零碳化建设过程中，需要遵循以下原则：

2.3.1 统筹规划，整体布局

在智慧化、零碳化建设过程中，要进行全面规划，从整体上布局服务区各项设施，确保各个环节的协调和高效运作。要结合服务区的地理位置、交通流量、服務需求等因素，进行科学合理的规划和设计。

2.3.2 绿色环保，可持续发展

智慧化、零碳化建设要注重环境保护和资源节约，采用清洁能源、节能设备、智能控制系统等手段，降低服务区的能源消耗和碳排放，实现零碳运营。同时，要关注服务区废弃物的处理和回收利用，减少环境污染。

2.3.3 以人为本，提升服务

智慧化、零碳化建设要关注客户需求，提升服务水平。借助人工智能、物联网、大数据等技术，实现对服务区的智能化管理，提高服务质量和客户满意度。同时，要关注服务区人员的培训和素质提升，为顾客提供更优质的服务。

2.3.4 科技创新，引领发展

智慧化、零碳化建设要紧跟科技发展步伐，引入先进的理念和技术，实现服务区的现代化建设。要不断研究和应用新技术，提高服务区的智能化和绿色化水平，为我国交通基础设施的现代化进程贡献力量。

2.3.5 合作共赢，协同推进

智慧化、零碳化建设需要各方共同努力，形成政府、企业、科研机构等多方共同参与的合作机制，共同推进服务区智慧化、零碳化建设。要加强各方的沟通和协作，形成合力，确保建设项目的顺利实施。

总之，实施高速服务区智慧化、零碳化建设，要遵循统筹规划、绿色环保、以人为本、科技创新和合作共赢等原则，以实现服务区的智能化、绿色化运营，提高服务质量和客户满意度，推动我国交通基础设施的现代化进程[2]。

2.4 建设内容

以全方位资源循环利用的建设思路，实现服务区智慧化零碳管控目标，功能模块包括：服务区全域AI识别系统、智慧停车系统、无人超市系统、智慧厕所与全热交换新风系统、光伏光热一体化系统、固废处理系统、一体化水处理系统、无人机巡检系统、智慧灯杆与服务区广播系统、周界侵限安全防护系统等，使服务区绿色能源利用得到充分体现，如图1所示。

2.4.1 服务区全域AI识别系统

针对特定区域摄像头部署AI识别算法，根据拍摄画面、图像等信息，识别地点、物体和人员活动。金乡服务区室内外布置各类型摄像机实现全方位视频覆盖，使用AI图像识别技术，实现对服务区全境内的人脸识别、人员聚集检测、烟火监测、客流量统计、加油站卸油操作流程检测、出入口车辆检测、车辆违停检测、餐饮区垃圾溢满监测。

2.4.2 智慧停车系统

对停车场采用摄像机视频AI方式实现超长停车位、大车停车位、客车停车位、小车停车位、新能源停车位的占用识别，同时在车位引导屏实时显示停车场内的车位占用情况、服务区客流饱和度等信息，实现引导车辆进入空余车位的功能，提升智慧化交通管理水平。

2.4.3 无人超市系统

在服务区室内配备了智能门禁、智能监控软件、智能语音系统、智能灯控系统、自助收银机、速通闸机等软硬件设备，可以实现完全无人值守、24小时营业，可供夜间到访旅客购物，为旅客提供最大便捷，也能为消费者提供全新的购物体验。

2.4.4 智慧厕所与全热交换新风系统

智慧厕所建设包含电子显示屏、温湿度传感器、气体传感器、厕位占用感应传感器等，可以显示厕位平面图、厕位实时占用情况、客流统计传感器监测如厕人流数量。智慧厕所系统联动新风系统，根据预设阈值自动运行，达到除臭和清新空气的目的。

2.4.5 光伏光热一体化系统

综合楼屋顶建设26kw光热一体化组件，能够将光伏组件产生的废热有效地利用起来，既可以降低光伏电池的温度，提高发电效率，又可以利用废热能源提供生活热水，提高系统的综合能效。

2.4.6 固废处理系统

服务区内建设了采用有机垃圾处理工艺流程的有机垃圾资源化处理站，使用微生物好氧发酵等关键技术实现餐厨垃圾来于田还于田的生态循环。

2.4.7 一体化水处理系统

服务区配备分离式污水处理设备，系统可以实现自动调节加药量、监测药箱液位，实现污水达标排放；同时，使用中水进行喷淋和滴灌，实现服务区节水高效、精准可控的植被灌溉效果。将循环利用理念与服务区建设有机结合，使金乡服务区建设成公路海绵服务区，因地制宜使用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种技术措施，实现水资源循环再利用的目的。

2.4.8 无人机巡检系统

采用油电混动无人机，控制系统设定路域光伏巡检线路，按照巡检任务，飞手放飞无人机后可自动巡检20 km范围内的光伏发电区域，巡检完成后连接服务端软件，自动生产巡检报表，定位故障位置。

2.4.9 智慧灯杆与服务区广播系统

智慧灯杆包含信息发布屏、广播、监控等功能，综合管理系统可通过信息发布屏展示服务区信息及当地旅游宣传信息。

2.4.10 周界侵限安全防护系统

对路域光伏区域采用雷球系列摄像机，间隔500 m布置1台雷球一体机，实现区域入侵多目标跟踪，联动系统给出过滤完成的报警信息，提高路域光伏日常巡检效率，精准发现光伏损坏区域时间及原因。

2.5 BIM智能建造技术的应用

在项目入场前期踏勘现场原有基础设施情况、地下管线情况，使用三维建模软件进行施工作业面的建模形成BIM模型，在各子系统方案和图纸设计完成后，将各设备设施建模放置在BIM模型上，通过模型检查管线碰撞，布线路由，顶管路径，开挖土方量情。在重复挖沟布线区域制定分项作业计划，模型每日更新工程量进度，把控施工周期。同时，施工单位按照图纸、模型要求分项施工，减少错误施工项。现场变更项同步BIM模型，设计人员根据变更内容继续优化剩余工作内容，指导施工现场作业。施工完成后施工图纸关联模型组件实现三维数字化移交，模型經转换后可直接在三维平台展示管线及设备布置[3]。

3 总结

综上所述，交能融合发展是建设绿色交通强国、落实能源安全新战略、践行碳达峰碳中和行动的有效结合点与重要应用场景，有利于加快交通运输用能的清洁替代与低碳转型，促进新能源高效利用。

参考文献

[1]张进进. 智慧高速公路建设需求与应用场景探究[J]. 中国交通信息化， 2022（11）： 101-103.

[2]兰良， 龙思颖. 高速公路智慧服务区系统研究与设计[J]. 西部交通科技， 2022（10）： 168-169+208.

[3]王璐， 张敏， 张波. 高速公路智慧能源管理数字化解决方案探析[J]. 中国交通信息化， 2022（10）： 134-141.

收稿日期：2023-11-17

作者简介：王贵海（1973—），男，本科，工程师，研究方向：电力系统自动化装置、电力电子产品以及物联网平台的开发、推广。

基金项目：中国能源建设股份有限公司重大科技项目“基于BIM的全生命周期智能建造体系及关键技术研究”（CEEC2021-KJZX-07）。