BIM的終極目標

在基礎設施領域，隨著實景建模、連續性勘測、三維建模等一系列新技術的出現及其應用的成熟，三維正向設計登陸中國，在基礎建設領域逐步形成氣候。致力于基礎設施發展的綜合軟件Bentley系統的全球土木設計產品副總裁達斯汀·帕克曼（Dustin Parkman），在BIM領域已有十余年工作經歷，他結合Bentley在中外的成功實踐，分析BIM的終極目標是否正是實現三維正向設計？

梅觀高速：三維正向設計的中國探索

素有“深圳中軸線”之稱的梅觀高速公路成為中國大交通行業探索三維正向設計的樣板。而在歐美許多國家已經制定政策全面推動三維正向設計，只因為它是當下城市化發展的關鍵解決方案之一。

在世界各地，很長一段時間里，大家都是通過翻模來實現BIM應用。但大家都有這樣一個共識，三維正向設計是BIM的終極目標。相對于傳統二維設計，三維正向設計將逐步占領更大的市場。

在過去的五年內，美國聯邦財政撥款到各州以3D設計建模標準替代基于2D的標準。整個歐洲尤其是斯堪的納維亞地區，也在推進這樣的工作流程。各國政府最終都會向新技術、新流程看齊。3D設計建模不僅能節約巨大的資金和人力物力，而且能解決現在城市化進程中難以解決的問題。中國的許多設計大院已經在三維正向設計方面進行了積極探索，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計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目要求將原有高速公路改擴建為城市快速路的主路，不僅要建成一道漂亮的城市風景線，還要在兩側新建城市快速路的輔路及道路配套系統，并要求考慮該軌道交通設施對于社區和環境的影響，整個系統龐大而復雜。梅觀高速公路全長19.3公里，總投資94億人民幣，共設互通式立交8處、橋梁37座、綜合管廊總長約17.6公里。同時，項目所處地區公路網密集、車流量大、設計周期短，這些都給項目設計帶來了相當大的挑戰，如果用傳統的勘測設計方式，項目很難在規定的時間內交付。這也是多年來許多問題懸而未決的原因。

負責該項目的中交第一公路勘察設計研究院有限公司(簡稱“中交一公院”)通過運用Bentley實景建模技術與OpenRoads道路設計系列軟件創建了全線地面實景模型、三維地質模型和地下管線模型，快速構建了虛擬的三維數字環境，然后在該環境中完成了道路、橋梁、綜合管廊設計。同時，基于Open Roads Designer進行了二次開發，快速創建和批量布置了復雜橋梁結構和綜合管廊復雜節點模型。最后，利用Bentley Lumen RT對集成的模型進行了道路方案景觀方案設計、交通導改方案，以及整體項目方案的比選和優化。

這一解決方案充分利用發掘了3D模型的可視化和數據化價值，簡化了設計流程，大大提升了設計質量和效率，降低了項目成本：比原計劃的9個月交付時間提前了43天，節約了成本220萬元人民幣，節省了計劃設計修改工作量約120天、初步設計審查時間約60天、管道設計錯誤檢查時間約150天。

三維正向設計是“節約型”設計

過去，人們對“節約”的理解僅限于與設計相關，這是很片面的。真正為設計模式帶來變革動力的是施工和運維過程，因為正向工作流會在這些方面節約大量資金。從施工的角度而言，施工階段的費用占整個項目資金超過90%，節約10%施工資金遠比從設計過程節約20%、30%的資金要多。

目前，在美國市場，正是鐵路和公路系統的施工和下游運營維護驅動了工程師改變他們的可交付條件。工程師們發現，BIM交付條件為施工下游單位的運營維護提供了很多有用的信息。所以，這才是真正的驅動力量，并且會改變整個產業鏈，BIM應用牽一發而動全身。

土木工程項目的結構正在發生變化，項目涉及不同領域，有設計團隊、施工團隊、運營團隊、維護團隊，而這些團隊并不會見面、也很少交流，在每個階段，他們會輸入相關的可交付信息，愿意按照既定的流程工作。當前，至少在大多數地方，這種合作都發生了很大變化，比如施工承包商在項目更早階段就開始參與規劃和設計后的工作。這些不同的團隊中有更多的交流活動，共同致力于如何更高效率、低成本完成項目，保障正常運營，為公眾和企業減少額外負擔。這些都需要在早期進行更多的整合、交流。

在交付之前，設計師可以按照自己的想法輕松更改模型，每一次更改，模型會自動更新相應數據，省卻了大量重復繪圖時間，這有助于他們在限定時間內為業主提供最優秀、最具創意的設計作品；而施工方也可以通過輸入實時施工數據，隨時跟蹤、監控項目進度，同時還可以通過預先檢測將錯誤率和返工率控制到最小。在項目交付后，3D模型中的所有數據都移交給運維方，為后期運維，以及延長資產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

讓三維正向設計切實可行的新技術

實景建模、連續性勘測、綜合建模環境的行業解決方案等新技術正成為BIM技術圈的新莊家。比如，實景建模將復雜環境時不可能變成可能。它不僅大量簡化了復雜的工作，在獲取數據方面簡單易行，而且降低了成本，實現保真的信息和豐富的環境。在美國和澳大利亞等國家，連續性勘測也做出了杰出的貢獻，比如使用它來監測土建工程每天的進度，確保是否與土建的計劃進度保持一致。

在初期的勘測數據采集階段，以及在施工階段，都可以使用連續性勘測。施工連續性勘測很重要，因為每天施工的進程都在變化，比如混凝土、鋼筋、安裝等。很多不同的團隊做著不同的工作，很多不同的事情都在變化。要想每一次都完全測量一個區域是不切實際的，而連續性勘測成為更好的方案。比如，砌一個擋土墻時，如果不能在某個特定的時間完成，就用一個輕型的手持掃描儀把目前的狀態掃描下來，為下一步的工作做準備，隨后不斷地把各個小部分的勘測集中在一起并組合起來，最終形成一個完整的模型，這就是連續性勘測的工作方式。

比如在梅觀高速公路這樣的項目中，傳統方式下通常需要使用六七種不同的產品來完成概念設計和深化設計以達到可交付條件。但采用OpenRoad軟件，所有的設計內容都可以實現，其中有內嵌的排水管設計模塊、公路設計模塊、混凝土設計模塊等，還可以把地表巖土工程和隧道接口等設計一起實現。

未來，城市化的進程將會進一步加快，世界各地的農村人口會繼續從農村向城市地區集中。中國可能會是城市化發展最快的國家，因為中國政府一直在為城市化做相應的準備。

未來10年，一些地區的人口預計增長率為40%，而這些地區的基礎設施很多都是200年前興建的。比如，改造老舊的和建設新的基礎設施需要600億美元，但根據大多數政府的估算，他們只能提供250億美元來做這件事，這就造成了一個高達350億美元的資金缺口。面對這么大的資金缺口，各國政府唯一的選擇就是如何運用最先進的技術大幅提高工作效率、降低成本。而BIM技術正是驗證這些解決方案的方法之一。