从3D到4D有多远 ——来自2019年度纵览基础设施大会的启示

BIM是建筑信息模型技术（Building Information Modeling）的英文缩写，简称为BIM技术，它是以工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的工程模型，通过数字信息仿真模拟工程项目所具有的真实信息。BIM技术将工程CAD技术从基于点线面的二维表达转变为向基于对象的三维形体与属性信息的表达。BIM技术的应用，解决了精准设计、施工模拟、协同管理等诸多问题，BIM技术方面的研究正成为国内外工程信息技术研究的最大热点。

 

不同于石油、电力等行业，我国交通领域的BIM应用相对较晚，经过行业领军设计单位尝试、行业主管部门政策推动，当前我国交通领域正迎来一股BIM热潮，诸多项目获得了业界的瞩目。

 

10月21日至24日，Bentley软件举办的2019年纵览基础设施大会在新加坡举行。来自全球的1000多位专业人士参加了会议。

 

在10月24日于新加坡举办的纵览基础设施 2019 大会颁奖典礼上，深圳高速工程顾问有限公司的盐港东立交工程以“数字城市——综合道路数字孪生模型”获得光辉大奖赛特别荣誉奖。与此同时，中国4个路桥项目入围光辉大奖：

 

深圳市市政设计研究院有限公司的“郑州市四环线及大河路快速化改造工程BIM设计应用”；

 

成都市市政工程设计研究院、成都市勘察测绘研究院的“BIM+GIS在成都市杉板桥区域市政改造中的应用”；

 

中交第一公路勘察设计研究院有限公司的“机荷高速扩建工程BIM技术应用”；

 

重庆市交通规划勘察设计院、贵州交通建设集团有限公司、贵州交建信息科技有限公司、贵州新石高速公路建设有限公司的“湄石高速公路全专业全流程BIM应用”。

 

2019年度“基础设施年度光辉大奖赛”获奖者合影

 

记者采访了这几个项目的勘测设计、总承包和业主等有关单位，这些项目是公路交通行业当前推动BIM运用的典型案例，有关设计、运营单位在运用BIM过程中的体会、收获与困惑，具有一定的代表性。

 

 

运用BIM的收获之一：解决设计中更大的难题

 

深圳市机荷高速公路是连接深圳宝安机场和市区的交通要道。随着粤港澳大湾区的发展，东西两岸及各城市间的互联互通是大湾区打造的基础和重点，规划确定采取高快速路优化设计，以充分考虑增加对外通道供给。为了匹配深中通道的交通需求，深圳市决定立体改扩建机荷高速公路，构筑双层复合通道，分层承担过境交通与城市交通功能。目前机荷高速公路改建项目正处于设计阶段。

 

立体改扩建高速公路，在我国还比较少见，用传统的设计方式不能满足规划、设计的需要。中交第一公路勘察设计研究院有限公司负责在深圳市机荷高速公路改扩建工程中提升协作和管理并优化设计。为了突破传统设计方式无法满足立体改扩建设计的局限，中交一公院设计团队采用了BIM设计方式，通过多方比选，选用了在线性工程方面具有较强优势的Bentley软件。中交一公院BIM中心主任戈普塔（Gupta）介绍，通过BIM设计，建立了互连数据环境，创建现场实景模型，并分析和对比现场资产设计。据估算，BIM的应用将节省数百万元的项目成本。

 

 

运用BIM的收获之二：解决多方协同管理的问题

 

正在建设中的河南省郑州市四环线及大河路快速化改造工程，是当前郑州市乃至全国市政道路中投资规模和工程体量最大、建设模式和施工工艺最新、统筹协调和实施要求最高的一个特大型城市立体交通项目——全线地面快速道路长93公里，高架快速路长63.6公里。共涉及互通式立交27座，跨河桥21座，跨铁路、轨道节点34处，工程体量庞大。该工程是郑州推进国家中心城市建设进程中的一项特大型城市立体交通项目，被列为郑州市委市政府一号工程和市建委当前首要工程。

 

郑州市四环线及大河路快速化改造工程的设计单位是深圳市市政设计研究院有限公司，深圳市政设计院项目经理吕健介绍，由于该项目不断交施工，施工组织难度很大，施工质量要求极高；同时，主体桥梁采用短线法节段预制技术，它将在工厂生产完成的建筑部件，在施工现场上按照“搭积木”式的操作进行拼装——该技术是桥梁工业化的领军技术，不少参建单位未掌握该施工技术，这些都导致项目建设过程中存在极大的质量、安全挑战。

 

深圳市政设计院BIM设计研究院副院长何莹介绍，通过采用BIM设计，将60余家参与单位全部统筹到一个协同平台上，特别是通过应用BIM设计实现了工作流的模拟和协同，对全线约5万榀预制节段实现了精确管理，减少了40%的成本浪费。何莹谈到：“BIM的应用，对郑州四环线及大河路快速话工程的设计、施工协同管理，是传统的手段无法做到的，对保证工程质量和工程进度都起到了巨大的作用，体现BIM更高的价值在管理层面。”

 

深圳市政设计院BIM设计研究院副院长何莹，向大会介绍郑州市四环线及大河路快速化改造工程BIM设计应用。

 

同样地，四川省成都市杉板桥区域市政工程改造项目中，应用BIM+GIS技术，成功解决了环境复杂、结构物众多、协同难度大等问题。杉板桥区域市政工程改造项目包括长度约4.3公里的道路、隧道、慢行地下人行通道、跨铁路桥梁、综合管线工程和附属工程等。成都市市政工程设计研究院项目负责人杨志勇介绍，项目团队利用Bentley应用程序快速构建结构，把对当地交通的影响降至最低。同时，通过应用BIM+GIS技术，项目团队得以在施工图阶段减少了120个设计工时，简化了审批流程，提升了协作效率，节约了项目成本。

 

 

运用BIM的收获之三：解决全生命周期管理问题

 

贵州省湄（潭）石（阡）高速公路是贵州“十三五”重点工程项目，全长93.75公里，双向四车道。由于贵州地形地质复杂，湄石高速公路设计、施工难度很大，结构物众多，比如有控制性工程河闪渡乌江特大桥和4个特长隧道。为了提升设计、施工效率，降低差错率，便于项目总体统筹，该项目推行了全线全专业全要素的BIM建模和应用。项目BIM咨询单位重庆市交通规划勘察设计院BIM中心主任陈奉民介绍，湄石高速公路项目运用BIM技术建立了设计及施工阶段的数字孪生模型，在精细化设计、精益化施工及精准化管理方面产生了良好的经济社会效益，目前已节约管理及建设成本3000余万元。

 

项目投资单位贵州交通建设集团公司总工程师何志军介绍，湄石高速公路建设项目是该公司第一个全线全专业全领域应用BIM的项目，在以后的建设项目中，也将全线全专业全领域应用BIM技术。何志军介绍：“运用BIM技术可以提高工程设计、施工管理的效率和水平。贵州交建集团正在为每一项工程打造一套数字孪生模型，并将用于该项目以后的运营、养护工作——这得益于数字孪生模型的优点：运用数字化的手段，对物理世界中的某一项工程构建数字化的模型，以实现对这项工程全生命周期的数据收集、建模、分析、维护等。”何志军介绍，数字孪生模型用于工程项目的运营和维护，只是贵州交建集团打造数字管理平台的其中一个环节，它解决的是工程项目全生命周期内的设计、施工、运营与维护，但是它又将助力全公司实现数字化管理。

 

贵州湄石高速公路建设项目BIM设计示意图——金竹山枢纽互通。该项目是全线全专业全领域应用BIM的项目。

 

 

运用BIM的收获之四：解决企业转型发展问题

 

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司是国内较早应用BIM技术的设计公司，截至目前，该公司的业务早已跨出电力，跨入交通、市政等领域。数字化给中国电建华东院的发展带来了巨大的变化，该院从2004年以来逐步完成了勘测设计的数字化。基于BIM设计，该院业务从电力拓展到机场、地铁、公路、城市建设等领域，特别是在数字化发展的思路引领下，该院研制开发了目前国内第一个专业齐全、功能完备、应用成熟、覆盖基础设施建设全过程，并具有国际领先水平的“工程数字化解决方案”，涵盖工程三维数字化设计、工程设计施工一体化管理、工程全生命周期管理三大平台，实现了全专业、全过程的工程三维数字化设计与应用。

 

该院IT总监王金锋介绍，当前，该院从事数字化生产的部门——信息中心有300多人，今年还将招聘120人。如此庞大的数字化专门人才，正是看到了企业未来的发展必须走数字化之路。真正的数字化是全生命周期的管理，企业提供工程全生命周期的服务，提供一条龙的服务，载体就是信息化的技术。企业的数字化转型，彻底改变了企业的转型，相当于在互联网、物联网的潮流下，企业实现了新的进化。王金锋认为，在新的发展环境下，数字就是资源，是与实体项目同等重要的资源，企业应该更多地重视对数字化设计产品的运用。企业以后的发展，可以更多地依靠这些数字资源。

 

BIM技术、数字化给企业带来的巨大的发展动力，不仅在提升设计、施工精确度，减少差错率，不同专业、不同工种的协同工作等方面，更重要的是为政府、企业提供了新的发展思路。王金锋举例，雄安新区运用数字孪生技术，比如对整个新区交通规划、交通量监测、移民管理、植被绿化等，都为当地政府提供了新的管理思路——打造开放的、模型共享、数据共享的平台，有助于为雄安新区建设成为新型智慧城市提供有力的帮助。

 

 

数字化进程：从3D到4D的距离有多远

 

对于工程项目管理来说，如果说CAD实现了项目的2D设计，GIS实现了2.5D、BIM实现了3D，那么工程项目管理的4D是什么？应该是基于全生命周期的项目管理，将一项工程的设计、施工、运营、监测、维护等统筹到一个数字模型上，即可实现它的4D建模与应用。在本次大会上，1000余位来自全球的专业人士，讨论最多的就是如何实现工程项目的4D建模与应用。而对于我国交通领域来说，当前正在奋力推广BIM的阶段，从交通运输部的倡导应用到各业主、设计单位的实践，BIM设计正在提升我国交通基础设施的设计、施工管理水平和效率。在这一过程中，各地使用BIM设计的水平差异很大，比如中国电建华东院使用BIM技术实现了地铁项目设计无差错，成为典型示范工程，这就给传统的交通设计单位敲响了警钟，如果不走数字化的道路，可能别人就要在我们的道路上抢跑。

 

黑龙江省建设科创投资集团有限公司BIM事业部总经理梁旭源，是干了20年设计的老交通。自接触到BIM、发现其优点以后，就看到了它对工程设计、施工、管理和运维的巨大潜力。通过BIM设计的辅助，梁旭源带领团队为业主提供了机场、锅炉厂等项目的咨询建议，受到一致好评。他说：“如果没有BIM的帮助，我们是不可能又快又好地跨专业提供咨询建议。BIM的优点突出，我们应该大力推广使用。”目前，梁旭源正在黑龙江省大力宣传提倡BIM的使用，对主管部门、业主单位、技术干部等，大力宣传BIM的优势。梁旭源谈到：“并不是所有的单位和技术人员都认识到了BIM的优势，认识到了数字化是未来的发展方向。这个方面我们还需要提高认识。”

 

在推行BIM的过程中，贵州交建集团也遇到了实际的困难，BIM设计使用的电子签字，目前还不被交通主管部门认可，设计、施工单位只能电子、纸质文档两条腿走路，这对他们来说无疑增加了工作量。何志军谈到，“本来是为了提升效率，这样一来反而增加了设计、施工单位工作量，不利于推广BIM。这需要主管部门改变管理方法，才能有利于推广BIM。”

 

Bentley全球高级副总裁、北亚区总裁刘德盛认为，中国交通领域运用BIM设计的时间不如其他领域长，在人们对数字化发展的认识越来越清晰、数字孪生技术越来越成熟的当前，运用最新的技术，及时发展，必然能赶上数字化的快车，走上4D发展之路。

 

 

新闻链接：

 

纵览基础设施大会（https://yii.bentley.com/zh）是美国Bentley软件公司举办的全球性专业会议，会议每年举办一次，汇聚全球基础设施设计、施工、运营领域的有关企业、专家，共同探讨基础设施建设的最新技术和话题。同时，同期举行“基础设施年度光辉大奖赛”，Bentley软件的所有用户均可报名参赛，向全世界同行展示自己的创新设计理念与成果。

 

10月21日至24日，2019年纵览基础设施大会在新加坡举行。来自全球的1000多位专业人士参加了会议。今年大会专注于迈向数字化的最佳实践和技术，探讨当前影响基础设施行业的优先要务和发展机遇。会上，Bentley公司发布了一系列战略合作、最新收购和技术更新相关的信息，详细信息可从微信公众号“Bentley软件”查询。

 

在今年的“基础设施年度光辉大奖赛”中，全球60余个国家/地区的440多个用户组织提交了571个参选项目，由著名业界专家组成的12个独立评委会从中选出了54个决赛入围项目。其中，有18家中国公司入围最后的决赛，包括深圳济菏高速公路扩建工程、郑州市四环线及大河路快速化改造工程、成都市杉板桥区域市政改造工程、贵州湄石高速公路建设工程。