文摘

道路维护操作涉及到人行道上的最佳功能的保护。有时恢复路面的布局没有持久的影响由于缺乏遵守技术规范限制的材料的设计。本文的目的是提供一个有效的BIM工具来帮助在道路维护操作管理的数据引起的公路路面沥青材料的实验室测试所需的混合物的质量控制。BIM模型相关的数据库是一个收集三年的数据来源于实验室调查沥青混合物的样本采用四个主要道路的维护位于意大利南部。与道路三维模型交互的一种算法实现为了给政府一个易读的警报信号的道路道路路面结构的道路网络,可能现在最关键的条件由于贫穷的机械和物理特性。

1。介绍

发展公路路面结构的主要目标是确保它能够承受高负载从交通没有过度恶化的结构和表面特征可能会影响驾驶的安全性和舒适性在其使用寿命。

实现这一目标最有效的方法是计划基于特定的维护操作的性能指标,有助于维持适当的效率和功能。

这些性能指标,即路面状况指数(PCI)和现在的服务能力指数(PSI),用于道路路面状况的速度根据路面条件和痛苦1]。

道路性能指标的恶化率取决于许多因素,包括交通荷载、路面层厚度、材料、地基承载力、环境条件、施工技术和施工质量2]。

特别是,柔性路面,它已经表明,沥青混合料的孔隙百分比在发情和发挥根本性作用抗疲劳开裂[3),以及它的热性能和耐冻融循环(4]。

此外,研究人员和政府广泛使用马歇尔试验结果来评估发情的沥青路面在高温的抵抗5,6]。

然而,结合沥青混合料的物理力学特性主要取决于其组成、骨料粒径分布而言,沥青含量、骨料和沥青的性质。例如,考虑到总大小分布,最佳沥青含量允许创建一个沥青薄膜在骨料表面,混合带负载的能力最大化和最小化其粘性流(7,8]。

事实上,物理和机械特性,比如沥青含量、含气率,和马歇尔稳定性较低可靠性比在动态下的性能预测和重复加载特定的性能指标,也就是说,粗糙度和抗滑性,这与痛苦的演变有直接关系。

的想法,考虑到沥青混合物的基本物理力学特性的预测寿命的必要性源自利用所有可用的稀缺数据优化日常维护操作,建立清晰的优先级部分在考试时没有预见到任何其他条件的监测指标。

此外,当无限层的承载力是高到足以排除许多复杂和相互关联的现象(即。,cracking, rutting, pumping, and permanent deformation) that can cause failure of the pavement, it can be legitimate to reduce the analysis to few basic variables that have a high influence on the deterioration of the surface layer.

这些信息的总和及其时间演化帮助评估道路路面的当前状态,和这个信息规划时必须考虑道路维护和管理操作。

在过去的几年中,研究人员一直在集中他们的注意力在评估使用数字工具和流程的好处来支持整个生命的交通设施和道路基础设施,从战略规划、设计和建设(9- - - - - -17)绩效管理和维护(18- - - - - -20.]。

尽管BIM过程应用于基础设施尚未达到一个适当的水平的成熟,里昂et al。21)设法满足所有的设计要求以及预计铁路设施项目的技术规格。BIM应用被证明是有效地克服程序性延迟由于设计错误,允许设计师在整个生产过程中控制成本和时间。

也突出了Sankaran et al。22)在他们的评论,最富有成效的使用民用综合管理在道路领域的自动化建设活动,如开挖,分级、铣、和铺平道路,还收集和更新的可能性竣工数据创建一个数字档案信息便于管理和未来项目的发展。

唐et al。23,24)使用了可视化编程软件DynamoⓇRevitⓇ支持设计过程通过实证模型的实现分析沥青路面永久变形的,这允许用户选择最适合的人行道上所需的使用寿命。

Bazlamit et al。25)开发了一个基于地理信息系统的地图铺地区Al-Zaytoonah大学(乔丹),还包含一个全面的数据库的信息,包括实地调查结果的一种总线标准。集成模型的目的是支持政府合理铺设网络的维护和康复计划。

陈等人。26)使用相同的技术来预测维护成本基础上的痛苦在路上发现路面和评估的有效性维护操作之间的时间治疗和新的损伤的出现。

么et al。27]BIM应用于道路养护的过程中通过结合现有道路结构的模型的3 d点云路面不均匀来实现成本优化康复工程和连续控制铣削和铺设机的操作。

成本优化的维修工程也是Bae的主要焦点et al。28),使用BIM技术开发一个模型能够优化铣削和覆盖大量的热沥青混合物和提高施工过程的最终结果通过模拟表层的所有可能的组合几何和路面子结构的违规行为。

发达BIM过程建设的成本减少了12%。尽管这个话题越来越浓的兴趣,使用BIM的主要挑战之一在基础设施管理,所指出的损失等。29日)在他们的审查,正在优先开发方法,可以帮助操作和维护任务,考虑到有限的可用预算。

为了提供足够的道路网络的维护,普通和非凡的意大利道路维修工程是由规定的控制活动中表示为意大利道路施工技术规范。在道路维护操作和在每个阶段的工作,项目管理执行所有必要的测试,验证和检查符合定性和定量标准实施的合同要求(30.]。

工作考虑,道路网络BIM模型的目的是作为一个存储库信息公路路面材料的属性维护操作产生的四个主要道路位于该省的污染,意大利。

数据库与BIM模型是由编译信息表面材料的性质而言,沥青含量、孔隙(由维、密封标本和饱和面干标本过程),和马歇尔稳定的实验室调查混合物的日常维护工作期间收集的样本时间跨度从2011年到2013年,检查是否达到要求在混合物的制备和铺设。

为了利用上述信息来帮助运营和维护阶段在整个生命周期的基础设施,采用DynamoⓇ软件集成一个特定模型优先算法基于沥青混合物的表演,有能力识别部分需要维护。

2。目标和方法

目的是开发一个高效的BIM工具,可以协助道路路面维护操作通过数据管理产生于实验室检测沥青材料。

首先,如图1,在调查中被选的道路,然后,在洛杉矶箍路人行道的费德里科•那不勒斯第二大学的实验室调查穿课程的性质是为了评估可溶性粘结剂含量以及马歇尔稳定度和气孔。

其次,研究了道路模拟使用BIM-based工具,然后,排名算法开发和应用图形输出和其他方面的考虑。

2.1。数据收集

本研究的目的,四个主要道路(SP290, SP333 SP335, SP336)位于该省的污染,意大利,被选中(见图2)。

日常维护操作一直在分析道路上执行部分轻不良人行道,呈现一种普遍的粗骨料的表面纹理和剥落和导致减少表面粗糙度和行车安全。没有疲劳开裂,发情的,或任何无限层的承载力失败时发现了日常维护操作。

不同部分和每个面层沥青混合样本,为了确定,在洛杉矶箍路人行道实验室,混合物的性质而言,沥青含量、孔隙百分比(维、SSD和密封样品过程),和马歇尔稳定。

沥青混合物的样本收集每个日常维护操作后的合规评估材料的物理力学特性与当地道路施工技术规范。每当道路路面材料不符合技术门槛,一个经济推理应用于道路工程,因为路面可能未能保证其使用寿命预测。

穿的混合成分的课程是通过优化沥青混合物的主要性能符合技术规范要求的机械性能(31日在检查中。

沥青混合物的总大小分布和技术规格所强加的限制在图3。

石灰岩、玄武岩骨料采用建设岩屑的骨架,而整洁的沥青50/70在意大利炼油厂生产用作粘结剂。

测试方法确定粘结剂沥青混合料的试验部分内容包括以下操作,如上所述在联合国EN 12697 - 1 (32]:(a)粘结剂溶解在溶剂热提取;(b)的矿物质分离粘合剂解决方案;(c)测定不同的粘结剂粘结剂数量的复苏;(d)计算可溶性活页夹内容。

为了对压实标本进行测试,采用马歇尔影响压实机根据UNI EN 12697 - 3033]。

马歇尔进行稳定性试验获得的圆柱形标本。执行的测试是根据大学EN 12697 - 34 (34]。最大达到负载代表沥青混合物的稳定性。

沥青试样的孔隙的内容源于马歇尔计算压实报道在UNI EN 12697 - 835用以下方程: 在哪里是气孔的混合物(%)的内容,的最大密度混合物(公斤/米³),试样的体积密度(公斤/米³)。

的最大密度计算混合物根据UNI EN 12697 - 536],试样的体积密度决定遵循该程序在UNI EN 12697 - 6 (37]:(1)维容积密度(2)密封试样体积密度(3)饱和面干体积密度(SSD)

表1显示摘录实验室结果的四个研究道路的沥青含量、含气率的百分比,和马歇尔稳定。

2.2。BIM道路建模

为了方便建模文件管理和效率,制图和道路与同一坐标系中建立正确的地形的关系。

地面的三维表面的案例研究使用Autodesk InfraworksⓇ工具(参见图得到4)。

然后,路轴建模及其参数路段进行基于BIM软件的合作,比如RevitⓇ公民3 dⓇ和InfraworksⓇ。

一旦道路边界被定义,布局是出口到公民3 dⓇ(见图5(一个))来创建RevitⓇ路轴进口,路段的参数化。

图5 (b)报告的外观地形和道路的平面视图的一个部分在RevitⓇ考试。

参数构造了基于路段的路面结构下道路考试,即。,a flexible pavement composed of wearing course, binder, and base layer made of hot bituminous mixtures and an unbound granular subbase made of graded crushed rock and placed on the subgrade (see Figure6)。

研究道路的横截面是一个双向车道一巷在每个方向。在这项研究中,RevitⓇ软件被用于模型的每个组件路段通过定制每一个现有的家庭。3 d视觉参数模型提供了一个直观的感觉和理解的整体设计,也清楚地显示设计的优点和缺点从实用的角度来看,这有助于决策的工程师。通过参数化建模的沥青路面,BIM技术的应用在道路设计并不局限于路线的设计,但也反映了路面设计和管理信息。

2.3。信息管理

一旦元素的当前状态下的道路网络分析是正确建模和参数化,大量的共享参数与道路路面材料有关创建匹配使用DynamoⓇ数据库中包含的信息。DynamoⓇ是一个可视化编程工具(VPL)与RevitⓇ一起工作。它给用户视觉上的脚本行为的能力,自定义的逻辑,使用各种文本和脚本编程语言。DynamoⓇ成功BIM数据管理集成环境内的图形算法编辑器。用户可以创建几何图形和操作模型RevitⓇ或在DynamoⓇ耦合代码块,这是程序执行分配给他们的任务。的语言代码是PythonⓇ照本宣科。通过节点执行的操作数据与DynamoⓇDynamoⓇ工作区(参见图和电线7)。节点包含一个脚本,它被分配一项任务。

它可以包括一个非常简单的操作,如存储在一个列表,创建复杂的几何形状,或操作进口数据。除了一些例外,大多数节点是由五部分组成:(1)节点的名称;(2)主体;(3)在电线连接,输出端;(4)数据预览,主要从节点执行结果可以预览;(5)一个接头图标表明接头为匹配指定的选项列表。电线连接节点传输数据从一个节点到另一个地方。

本研究中使用的共享参数的道路名称、道路管理机关,今年的材料到位在日常维护操作,和面层混合物的物理和机械特性,即沥青含量、含气率的百分比与容重计算确定通过空间的过程,SSD过程或密封标本过程中,和马歇尔稳定。

上述共享参数,然后在当前项目进口材料的特性。其余项目开展的进口数据库为每个材料的参数赋值。

为了这样做,材料代码被导出到Excel编程流图8然后与材料的名字在工作表中。代码块”数据。ExportExcel“(5)允许创建一个工作表的文件路径,表名称,导出的数据被定义的位置,分别与代码块(4),(4 b),和(4)。工作表包含一个列表(4 d)的材料的标识符(3)和名称(3 b)从整个列表中选择的所有元素(2)材料的分类(1)38]。

一旦材料编码匹配了相应的信息包含在数据库中,产生的工作表,其表报告摘录1与编程,进口回DynamoⓇ流图9。

代码块”数据。ImportExcel“(3)是用于导入一个文件对象(2)从一个特定的文件路径选择(1),名叫指定(2 b)。最后,结果列表是转置(4)到一个列表的列表,每个对应一个工作表的列。

然后,导入列表与相应的有关参数的模型元素。具体的代码块,允许该协会被称为“元素。SetParameterByName”,它的输入如下:(1)的元素的值的列表数据库相关联,即材料编码对应材料RevitⓇ项目中创建的(2)参数名称和相对的值读取导入的工作表

分配给每个参数的值为每个选择面层从导入的数据库编程流图10。

每一项对应一列的数据库从导入列表中选择(1),(2)聚集在一个新的列表,然后分成子列表,它们指的是不同的道路路面材料(3)。最后,每组测量的平均值计算(4)。任何给定数据库的空单元消除代码块”列表。清洁。”

上述操作允许可视化的物理和机械特性的面层Revit模型和更新的信息一旦与新数据输入工作表已经完成。导入的数据的可视化RevitⓇ可见材料参数的接口,如图11。

一旦模型完成的信息关于材料的机械和物理特性,排名算法的实现评价的耐久性面层材料根据材料特性。

当道路性能指标及其时间演化不用于公路管理员,仍有可能项目日常维护基础上的物理和机械特性评估的面层摊铺后操作。

表面性能指标的恶化速度很大程度上取决于一系列的物理和机械性能的沥青混合物。特别是,柔性路面,空隙率、沥青含量、和马歇尔稳定发挥着基础性的作用在定义层携带大量的能力没有表现出过多的永久变形随时间(39]。因此可以结合这些参数根据线性函数来评估整个磨损过程的条件。

在目前的研究中,一系列的积极的和消极的指标建立了计算得分为每个分析课程。每一个指标被定义为一个条件对于控制测试的结果,进行沥青混合取样的混合物产生的铺设面层相比,每条道路的具体的技术标准要求。

因此,考虑为面层沥青混合料的技术标准的四路部分,一个积极的统一的分数分配每次沥青混合料满足下列条件之一:(1)沥青含量(BC)的混合物的重量范围4.5% - -6.1%(2)含气率决定通过维过程(AV)介于3%和8%之间(3)含气率之间的差异决定通过密封标本和SSD过程(Δ)等于或低于1%

每次不能满足前两个条件之一,负分数成正比的距离值从低或上限计算使用方程(2)和(3),分别为: 在哪里负分数是由于未能满足要求吗我th规范的kth面层混合物,的价值吗我th的参数kth混合物,和分别是上下极限所需的范围我参数。

关于列表的第三个条件,由于孔隙之间的差异决定密封和SSD过程可以解释为一个低维孔隙的进一步指示,这个条件不惩罚材料的不满与额外的负面得分。相对分数被分配通过以下方程: 在哪里是积极的分数最多(null)产生的参数为kth沥青混合物,气孔的区别是决定密封标本和SSD的过程吗kth混合物,最大可接受的差异。

最后,马歇尔稳定度的值(MS)允许分配一个积极的分数,等于或大于1,当他们等于或超过了最低要求,女士或负分数时未能满足的需求。分数成正比马歇尔稳定度的测量值是确定与以下方程: 在哪里和分别是,积极的和消极的分数分配给吗kth混合结果的价值,女士确定的马歇尔稳定吗kth沥青混合料面层,是女士的最低要求符合技术规范。

图12总结了线性函数,实现了分数分配给每个面层解决方案基于实验室的物理和机械特性样本从面层铺设获得。

流程图上面合成的过程和排名标准如图13。

3所示。结果与讨论

该算法在图13自动化和集成在数字模型的道路网络接口与DynamoⓇRevitⓇ收集数据的工作表。

每一个评分标准,在本节描述单独编程,然后,每个面层的总分计算。作为一个例子,BC实施如下的验证。

首先,公元前的包含范围4.5% - -6.1%是通过算法验证报告在图14。普通沥青混合的内容是面对较低(1)和(2)上限由技术规格,和布尔变量表达的结果作为输入一个“如果”块(3)。

“如果”设定的输出等于1时,变量与规范;否则,消极的分数计算根据方程(1)或(2),作为表达的组块(4)和(5),分别。两个“如果”的结果块被纳入一个列表(6),最后得分为每个路面材料被选为最小项的列表(7)。

类似的编程流程实现为所有评估标准以复制图的逻辑结构13。

一旦每个沥青混合物的总分是由加法的分数评估标准,算法的最后一步是突出路面最差性能,如图15。

列表中包含的整体分数评估路面(1)面对相应的识别代码列表的元素模型(3)使用代码块”列表。FilterByBoolMask”(4)。这个操作过滤器列表中相应元素的代码通过查找索引一个布尔变量列表。在目前的研究中,布尔变量的列表是通过识别路面最低得分(2)。最后,满足条件的元素的代码(2)用红色突出显示的模型元素(5)通过使用代码块”元素。OverrideColorInView”(6)。

应用程序在上述章节中讨论的算法生成一个计算分数为每个为面层沥青混合料属于道路部分考虑。

整体分数和颜色如图16提供最终的排名和预测的生活下的四个道路层表面分析,每年无论日常维护操作进行的某些部分。颜色从绿色,对应于表层的最长预测生活,红色,这对应于层之前,可能需要日常维护其他由于沥青混合物的性质不满足技术规范要求。

在图(16日)很明显,SP336在2011年经历了一次维护操作显示累计分数最高的遵守技术规范,而其他三个道路似乎不满意日常维护操作后物理和机械性能。

因此,算法表明,SP335, SP333,和SP290需要额外的2012年例行维护,因此,他们的累积分数被修改(见图16 (b));不过,只有SP335和SP333导致实际的改进预测的生命,因此,他们应该不需要任何额外的维修在2013年。

在2013年,如图16 (c)实际上是执行、维护操作SP290和SP335,尽管SP335已经考虑道路中得分最高的部分,可能取决于异常事件没有直接联系到可怜的磨损过程的物理和机械特性。SP290再次发现偏离最维护操作后的技术规范要求的2013年(见图16 (c))。

各年的考虑下,算法的输出是由色素的合计得分最低的路面边界,考虑以下几点:沥青含量、维孔隙百分比,密封的标本和SSD孔隙百分比之间的区别,和马歇尔稳定相比,意大利道路工程的技术规范。

图形输出的结果,因为他们出现在Revit项目如图17。在考试的案例研究,该算法提出了考虑道路部分用不同的颜色,取决于维护操作后的累积分数。对于每一年,最贫穷的材质的路是用红色突出显示的,而其他人则颜色橙色,黄色,绿色,沥青混合料质量的所列的升序排序。

如图17,主要道路SP333, 2011年,SP290,在2012年和2013年,被确定为可能的路面比其他人更快的恶化,由于低的物理力学特性对面层沥青混合物。

4所示。结论

总之,这里的方法实现允许创建一个集成的RevitⓇ模型存储和分析产生的数据质量控制的沥青摊铺压实后的材料。

给出的结果主要物理力学测试,在实验室进行了沥青混合物的样本得到的混合物采用面层,他们与参数相关联的元素使用可视化编程工具,数字模型DynamoⓇ,直接与RevitⓇ,互操作模型。

在相同的编程环境,一个排名算法基于可用的信息材料的属性是发达;一系列积极和消极成绩计算为每个材料基于道路技术规范政府强加的限制。

应用方法导致动态模型,更新信息的输出包和修改分析每次工作表的数据是与新的集成测试结果。算法的执行直接与道路网络模型的外观,给用户,即公路管理员,一个易读的警报信号的道路路面结构为一个特定的元素。

BIM的主要优势通过采用流程管理的数据由实验室常规道路维护特性可以列出如下。(1)创造一个安全、道路网络的互操作模型,能够存储和分析有用的数据的预测路面的使用寿命,也允许一个3 d的详细模型的可视化道路结构(2)合规的直接验证材料的功能与技术规格(3)连接一个定制的排名算法的例行维护的等级化道路路面的三维模型,这就需要应用到一个新项目时微小的变化

这个工具的目的是不仅要支持任何现有的路面管理系统的优先级,目前通过政府计划维护操作在公路网络也提供信息作为识别的警报系统不工作在维护操作。

模型集成,可以进一步改善交通流量信息,交通组成、环境条件,和更详细的数据对所有的材料组成的层道路方案,为了调整排名算法,考虑所有相关的因素,影响路面的生活。

此外,排名算法可以集成到一个模型用于模拟优化日常维护计划,可以帮助节省时间在精化计划甘特图的活动和跟踪过去的操作。

总之,BIM工具,如可视化编程语言与主互操作建模软件将允许任何类型的算法实现。举例来说,一个更复杂的排名算法可以实现监控数据时,如遇险分析和性能指标,是可用的。最终,凹凸不平的信息可以浓缩成一个多目标优化模型,也可以考虑评估成本和环境影响下的操作考试。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由国家Interest-PRIN 2017”项目的开发石头人行道。历史、保护、维持价格和设计”(20174 jw7zl)由教育部、大学和研究(MIUR)的意大利政府。