在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，隨著實(shí)景建模、連續(xù)性勘測(cè)、三維建模等一系列新技術(shù)的出現(xiàn)及其應(yīng)用的成熟，三維正向設(shè)計(jì)登陸中國(guó)，在基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域逐步形成氣候。致力于基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的綜合軟件Bentley系統(tǒng)的全球土木設(shè)計(jì)產(chǎn)品副總裁達(dá)斯汀·帕克曼（Dustin Parkman），在BIM領(lǐng)域已有十余年工作經(jīng)歷，他結(jié)合Bentley在中外的成功實(shí)踐，分析BIM的終極目標(biāo)是否正是實(shí)現(xiàn)三維正向設(shè)計(jì)？

梅觀高速：三維正向設(shè)計(jì)的中國(guó)探索

素有“深圳中軸線”之稱的梅觀高速公路成為中國(guó)大交通行業(yè)探索三維正向設(shè)計(jì)的樣板。而在歐美許多國(guó)家已經(jīng)制定政策全面推動(dòng)三維正向設(shè)計(jì)，只因?yàn)樗钱?dāng)下城市化發(fā)展的關(guān)鍵解決方案之一。

在世界各地，很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大家都是通過翻模來實(shí)現(xiàn)BIM應(yīng)用。但大家都有這樣一個(gè)共識(shí)，三維正向設(shè)計(jì)是BIM的終極目標(biāo)。相對(duì)于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，三維正向設(shè)計(jì)將逐步占領(lǐng)更大的市場(chǎng)。

在過去的五年內(nèi)，美國(guó)聯(lián)邦財(cái)政撥款到各州以3D設(shè)計(jì)建模標(biāo)準(zhǔn)替代基于2D的標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)歐洲尤其是斯堪的納維亞地區(qū)，也在推進(jìn)這樣的工作流程。各國(guó)政府最終都會(huì)向新技術(shù)、新流程看齊。3D設(shè)計(jì)建模不僅能節(jié)約巨大的資金和人力物力，而且能解決現(xiàn)在城市化進(jìn)程中難以解決的問題。中國(guó)的許多設(shè)計(jì)大院已經(jīng)在三維正向設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了積極探索，深圳的梅觀高速公路就是這一探索的樣本。

中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司深圳梅觀高速公路清湖南端市政道路工程

梅觀高速公路市政改造項(xiàng)目要求將原有高速公路改擴(kuò)建為城市快速路的主路，不僅要建成一道漂亮的城市風(fēng)景線，還要在兩側(cè)新建城市快速路的輔路及道路配套系統(tǒng)，并要求考慮該軌道交通設(shè)施對(duì)于社區(qū)和環(huán)境的影響，整個(gè)系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。梅觀高速公路全長(zhǎng)19.3公里，總投資94億人民幣，共設(shè)互通式立交8處、橋梁37座、綜合管廊總長(zhǎng)約17.6公里。同時(shí)，項(xiàng)目所處地區(qū)公路網(wǎng)密集、車流量大、設(shè)計(jì)周期短，這些都給項(xiàng)目設(shè)計(jì)帶來了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，如果用傳統(tǒng)的勘測(cè)設(shè)計(jì)方式，項(xiàng)目很難在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)交付。這也是多年來許多問題懸而未決的原因。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司(簡(jiǎn)稱“中交一公院”)通過運(yùn)用Bentley實(shí)景建模技術(shù)與OpenRoads道路設(shè)計(jì)系列軟件創(chuàng)建了全線地面實(shí)景模型、三維地質(zhì)模型和地下管線模型，快速構(gòu)建了虛擬的三維數(shù)字環(huán)境，然后在該環(huán)境中完成了道路、橋梁、綜合管廊設(shè)計(jì)。同時(shí)，基于Open Roads Designer進(jìn)行了二次開發(fā)，快速創(chuàng)建和批量布置了復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)和綜合管廊復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模型。最后，利用Bentley Lumen RT對(duì)集成的模型進(jìn)行了道路方案景觀方案設(shè)計(jì)、交通導(dǎo)改方案，以及整體項(xiàng)目方案的比選和優(yōu)化。

這一解決方案充分利用發(fā)掘了3D模型的可視化和數(shù)據(jù)化價(jià)值，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，大大提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，降低了項(xiàng)目成本：比原計(jì)劃的9個(gè)月交付時(shí)間提前了43天，節(jié)約了成本220萬(wàn)元人民幣，節(jié)省了計(jì)劃設(shè)計(jì)修改工作量約120天、初步設(shè)計(jì)審查時(shí)間約60天、管道設(shè)計(jì)錯(cuò)誤檢查時(shí)間約150天。

三維正向設(shè)計(jì)是“節(jié)約型”設(shè)計(jì)

過去，人們對(duì)“節(jié)約”的理解僅限于與設(shè)計(jì)相關(guān)，這是很片面的。真正為設(shè)計(jì)模式帶來變革動(dòng)力的是施工和運(yùn)維過程，因?yàn)檎蚬ぷ髁鲿?huì)在這些方面節(jié)約大量資金。從施工的角度而言，施工階段的費(fèi)用占整個(gè)項(xiàng)目資金超過90%，節(jié)約10%施工資金遠(yuǎn)比從設(shè)計(jì)過程節(jié)約20%、30%的資金要多。

目前，在美國(guó)市場(chǎng)，正是鐵路和公路系統(tǒng)的施工和下游運(yùn)營(yíng)維護(hù)驅(qū)動(dòng)了工程師改變他們的可交付條件。工程師們發(fā)現(xiàn)，BIM交付條件為施工下游單位的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供了很多有用的信息。所以，這才是真正的驅(qū)動(dòng)力量，并且會(huì)改變整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，BIM應(yīng)用牽一發(fā)而動(dòng)全身。

土木工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，項(xiàng)目涉及不同領(lǐng)域，有設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工團(tuán)隊(duì)、運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)、維護(hù)團(tuán)隊(duì)，而這些團(tuán)隊(duì)并不會(huì)見面、也很少交流，在每個(gè)階段，他們會(huì)輸入相關(guān)的可交付信息，愿意按照既定的流程工作。當(dāng)前，至少在大多數(shù)地方，這種合作都發(fā)生了很大變化，比如施工承包商在項(xiàng)目更早階段就開始參與規(guī)劃和設(shè)計(jì)后的工作。這些不同的團(tuán)隊(duì)中有更多的交流活動(dòng)，共同致力于如何更高效率、低成本完成項(xiàng)目，保障正常運(yùn)營(yíng)，為公眾和企業(yè)減少額外負(fù)擔(dān)。這些都需要在早期進(jìn)行更多的整合、交流。

在交付之前，設(shè)計(jì)師可以按照自己的想法輕松更改模型，每一次更改，模型會(huì)自動(dòng)更新相應(yīng)數(shù)據(jù)，省卻了大量重復(fù)繪圖時(shí)間，這有助于他們?cè)谙薅〞r(shí)間內(nèi)為業(yè)主提供最優(yōu)秀、最具創(chuàng)意的設(shè)計(jì)作品；而施工方也可以通過輸入實(shí)時(shí)施工數(shù)據(jù)，隨時(shí)跟蹤、監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)度，同時(shí)還可以通過預(yù)先檢測(cè)將錯(cuò)誤率和返工率控制到最小。在項(xiàng)目交付后，3D模型中的所有數(shù)據(jù)都移交給運(yùn)維方，為后期運(yùn)維，以及延長(zhǎng)資產(chǎn)的壽命周期提供了寶貴的信息資源。

梅觀高速公路前三立交橋

梅觀橫嶺立交

讓三維正向設(shè)計(jì)切實(shí)可行的新技術(shù)

實(shí)景建模、連續(xù)性勘測(cè)、綜合建模環(huán)境的行業(yè)解決方案等新技術(shù)正成為BIM技術(shù)圈的新莊家。比如，實(shí)景建模將復(fù)雜環(huán)境時(shí)不可能變成可能。它不僅大量簡(jiǎn)化了復(fù)雜的工作，在獲取數(shù)據(jù)方面簡(jiǎn)單易行，而且降低了成本，實(shí)現(xiàn)保真的信息和豐富的環(huán)境。在美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家，連續(xù)性勘測(cè)也做出了杰出的貢獻(xiàn)，比如使用它來監(jiān)測(cè)土建工程每天的進(jìn)度，確保是否與土建的計(jì)劃進(jìn)度保持一致。

在初期的勘測(cè)數(shù)據(jù)采集階段，以及在施工階段，都可以使用連續(xù)性勘測(cè)。施工連續(xù)性勘測(cè)很重要，因?yàn)槊刻焓┕さ倪M(jìn)程都在變化，比如混凝土、鋼筋、安裝等。很多不同的團(tuán)隊(duì)做著不同的工作，很多不同的事情都在變化。要想每一次都完全測(cè)量一個(gè)區(qū)域是不切實(shí)際的，而連續(xù)性勘測(cè)成為更好的方案。比如，砌一個(gè)擋土墻時(shí)，如果不能在某個(gè)特定的時(shí)間完成，就用一個(gè)輕型的手持掃描儀把目前的狀態(tài)掃描下來，為下一步的工作做準(zhǔn)備，隨后不斷地把各個(gè)小部分的勘測(cè)集中在一起并組合起來，最終形成一個(gè)完整的模型，這就是連續(xù)性勘測(cè)的工作方式。

比如在梅觀高速公路這樣的項(xiàng)目中，傳統(tǒng)方式下通常需要使用六七種不同的產(chǎn)品來完成概念設(shè)計(jì)和深化設(shè)計(jì)以達(dá)到可交付條件。但采用OpenRoad軟件，所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容都可以實(shí)現(xiàn)，其中有內(nèi)嵌的排水管設(shè)計(jì)模塊、公路設(shè)計(jì)模塊、混凝土設(shè)計(jì)模塊等，還可以把地表巖土工程和隧道接口等設(shè)計(jì)一起實(shí)現(xiàn)。

未來，城市化的進(jìn)程將會(huì)進(jìn)一步加快，世界各地的農(nóng)村人口會(huì)繼續(xù)從農(nóng)村向城市地區(qū)集中。中國(guó)可能會(huì)是城市化發(fā)展最快的國(guó)家，因?yàn)橹袊?guó)政府一直在為城市化做相應(yīng)的準(zhǔn)備。

未來10年，一些地區(qū)的人口預(yù)計(jì)增長(zhǎng)率為40%，而這些地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施很多都是200年前興建的。比如，改造老舊的和建設(shè)新的基礎(chǔ)設(shè)施需要600億美元，但根據(jù)大多數(shù)政府的估算，他們只能提供250億美元來做這件事，這就造成了一個(gè)高達(dá)350億美元的資金缺口。面對(duì)這么大的資金缺口，各國(guó)政府唯一的選擇就是如何運(yùn)用最先進(jìn)的技術(shù)大幅提高工作效率、降低成本。而BIM技術(shù)正是驗(yàn)證這些解決方案的方法之一。