BIM的终极目标

在基础设施领域，随着实景建模、连续性勘测、三维建模等一系列新技术的出现及其应用的成熟，三维正向设计登陆中国，在基础建设领域逐步形成气候。致力于基础设施发展的综合软件Bentley系统的全球土木设计产品副总裁达斯汀·帕克曼（Dustin Parkman），在BIM领域已有十余年工作经历，他结合Bentley在中外的成功实践，分析BIM的终极目标是否正是实现三维正向设计？

梅观高速：三维正向设计的中国探索

素有“深圳中轴线”之称的梅观高速公路成为中国大交通行业探索三维正向设计的样板。而在欧美许多国家已经制定政策全面推动三维正向设计，只因为它是当下城市化发展的关键解决方案之一。

在世界各地，很长一段时间里，大家都是通过翻模来实现BIM应用。但大家都有这样一个共识，三维正向设计是BIM的终极目标。相对于传统二维设计，三维正向设计将逐步占领更大的市场。

在过去的五年内，美国联邦财政拨款到各州以3D设计建模标准替代基于2D的标准。整个欧洲尤其是斯堪的纳维亚地区，也在推进这样的工作流程。各国政府最终都会向新技术、新流程看齐。3D设计建模不仅能节约巨大的资金和人力物力，而且能解决现在城市化进程中难以解决的问题。中国的许多设计大院已经在三维正向设计方面进行了积极探索，深圳的梅观高速公路就是这一探索的样本。

中交第一公路勘察设计研究院有限公司深圳梅观高速公路清湖南端市政道路工程

梅观高速公路市政改造项目要求将原有高速公路改扩建为城市快速路的主路，不仅要建成一道漂亮的城市风景线，还要在两侧新建城市快速路的辅路及道路配套系统，并要求考虑该轨道交通设施对于社区和环境的影响，整个系统庞大而复杂。梅观高速公路全长19.3公里，总投资94亿人民币，共设互通式立交8处、桥梁37座、综合管廊总长约17.6公里。同时，项目所处地区公路网密集、车流量大、设计周期短，这些都给项目设计带来了相当大的挑战，如果用传统的勘测设计方式，项目很难在规定的时间内交付。这也是多年来许多问题悬而未决的原因。

负责该项目的中交第一公路勘察设计研究院有限公司(简称“中交一公院”)通过运用Bentley实景建模技术与OpenRoads道路设计系列软件创建了全线地面实景模型、三维地质模型和地下管线模型，快速构建了虚拟的三维数字环境，然后在该环境中完成了道路、桥梁、综合管廊设计。同时，基于Open Roads Designer进行了二次开发，快速创建和批量布置了复杂桥梁结构和综合管廊复杂节点模型。最后，利用Bentley Lumen RT对集成的模型进行了道路方案景观方案设计、交通导改方案，以及整体项目方案的比选和优化。

这一解决方案充分利用发掘了3D模型的可视化和数据化价值，简化了设计流程，大大提升了设计质量和效率，降低了项目成本：比原计划的9个月交付时间提前了43天，节约了成本220万元人民币，节省了计划设计修改工作量约120天、初步设计审查时间约60天、管道设计错误检查时间约150天。

三维正向设计是“节约型”设计

过去，人们对“节约”的理解仅限于与设计相关，这是很片面的。真正为设计模式带来变革动力的是施工和运维过程，因为正向工作流会在这些方面节约大量资金。从施工的角度而言，施工阶段的费用占整个项目资金超过90%，节约10%施工资金远比从设计过程节约20%、30%的资金要多。

目前，在美国市场，正是铁路和公路系统的施工和下游运营维护驱动了工程师改变他们的可交付条件。工程师们发现，BIM交付条件为施工下游单位的运营维护提供了很多有用的信息。所以，这才是真正的驱动力量，并且会改变整个产业链，BIM应用牵一发而动全身。

土木工程项目的结构正在发生变化，项目涉及不同领域，有设计团队、施工团队、运营团队、维护团队，而这些团队并不会见面、也很少交流，在每个阶段，他们会输入相关的可交付信息，愿意按照既定的流程工作。当前，至少在大多数地方，这种合作都发生了很大变化，比如施工承包商在项目更早阶段就开始参与规划和设计后的工作。这些不同的团队中有更多的交流活动，共同致力于如何更高效率、低成本完成项目，保障正常运营，为公众和企业减少额外负担。这些都需要在早期进行更多的整合、交流。

在交付之前，设计师可以按照自己的想法轻松更改模型，每一次更改，模型会自动更新相应数据，省却了大量重复绘图时间，这有助于他们在限定时间内为业主提供最优秀、最具创意的设计作品；而施工方也可以通过输入实时施工数据，随时跟踪、监控项目进度，同时还可以通过预先检测将错误率和返工率控制到最小。在项目交付后，3D模型中的所有数据都移交给运维方，为后期运维，以及延长资产的寿命周期提供了宝贵的信息资源。

梅观高速公路前三立交桥

梅观横岭立交

让三维正向设计切实可行的新技术

实景建模、连续性勘测、综合建模环境的行业解决方案等新技术正成为BIM技术圈的新庄家。比如，实景建模将复杂环境时不可能变成可能。它不仅大量简化了复杂的工作，在获取数据方面简单易行，而且降低了成本，实现保真的信息和丰富的环境。在美国和澳大利亚等国家，连续性勘测也做出了杰出的贡献，比如使用它来监测土建工程每天的进度，确保是否与土建的计划进度保持一致。

在初期的勘测数据采集阶段，以及在施工阶段，都可以使用连续性勘测。施工连续性勘测很重要，因为每天施工的进程都在变化，比如混凝土、钢筋、安装等。很多不同的团队做着不同的工作，很多不同的事情都在变化。要想每一次都完全测量一个区域是不切实际的，而连续性勘测成为更好的方案。比如，砌一个挡土墙时，如果不能在某个特定的时间完成，就用一个轻型的手持扫描仪把目前的状态扫描下来，为下一步的工作做准备，随后不断地把各个小部分的勘测集中在一起并组合起来，最终形成一个完整的模型，这就是连续性勘测的工作方式。

比如在梅观高速公路这样的项目中，传统方式下通常需要使用六七种不同的产品来完成概念设计和深化设计以达到可交付条件。但采用OpenRoad软件，所有的设计内容都可以实现，其中有内嵌的排水管设计模块、公路设计模块、混凝土设计模块等，还可以把地表岩土工程和隧道接口等设计一起实现。

未来，城市化的进程将会进一步加快，世界各地的农村人口会继续从农村向城市地区集中。中国可能会是城市化发展最快的国家，因为中国政府一直在为城市化做相应的准备。

未来10年，一些地区的人口预计增长率为40%，而这些地区的基础设施很多都是200年前兴建的。比如，改造老旧的和建设新的基础设施需要600亿美元，但根据大多数政府的估算，他们只能提供250亿美元来做这件事，这就造成了一个高达350亿美元的资金缺口。面对这么大的资金缺口，各国政府唯一的选择就是如何运用最先进的技术大幅提高工作效率、降低成本。而BIM技术正是验证这些解决方案的方法之一。