设计全新的关键立交桥

蒙特罗斯立交桥位于南非、莫桑比克和博茨瓦纳之间唯一的东西向路线上，是N4廊道的一部分，也是连通这三个国家的首都的重要货运路线。该立交桥最初建于20世纪70年代，当初设计的道路和十字路口已无法满足当前的交通流量。为了改善该桥的通行状况和安全性，Trans African Concession启动了一个项目，将现有的十字路口改造升级为新的蒙特罗斯立交桥。这项总投资为2.4亿南非兰特的重建工程不仅可以促进南非及其两个邻国的旅游业和经济发展，还可以彻底改善姆普马兰加省当地机动车驾驶员、行人、企业和社区的使用体验。

该项目涉及将部分双车道重新设计为不分隔的四车道高速路。团队需要拓宽鳄鱼河大桥，建造两座新的标志性拱桥，并安装高杆照明灯来照亮新立交桥。SMEC South Africa负责设计新的自由通行立交桥。SMEC的专业工程师Warren McLachlan表示：“我们的要求是制定经济高效的解决方案，为埃马拉赫莱尼和姆邦贝拉之间引入自由交通流，以取代现有的地面丁字路口。”

概念设计与三维可视化

该立交桥位于德拉肯斯堡山脉陡峭山谷中的鳄鱼河与埃兰兹河之间，空间狭窄且地势险要，因此难以建造自由通行的十字路口。为了在新设计中保留并整合鳄鱼河大桥的大部分现有基础设施和功能，SMEC首先需要开发费用合理的概念设计并提交审批。然而，由于没有项目区域的现有勘测数据，SMEC在制定概念设计时面临困难。McLachlan表示：“在概念设计阶段，我们无法获得现有的勘测数据，并且只有在可行的概念设计获得认可后才会进行勘测采购，这让我们的任务十分艰巨。”尽管SMEC在交付国家农村交通项目方面拥有数十年的经验，但蒙特罗斯立交桥项目的工期很短并且未进行勘测，这给常规的概念设计方法带来了巨大挑战。

在竞标合同时，SMEC很快意识到，他们传统的手动二维策略不足以应对项目的挑战，也无法满足充分利用大部分现有基础设施的要求。McLachlan表示：“在早期概念设计阶段，各咨询公司提交的方案具有竞争性，我们通常的工作流程是在二维平面图上绘制备选方案草图，并进行一些初步计算，以评估各种方案的几何和结构可行性。由于地形复杂，SMEC意识到这种典型的手动方法行不通。”为了让客户在施工前充分理解设计意图，实现整个项目的可视化，并在详细设计期间简化多专业的工作流程，SMEC寻求实施三维摄影测量实景建模和协同式数字化设计。

实景建模、协同设计和虚拟现实技术

为了启动概念设计流程，SMEC决定部署无人机来采集现场图像，并使用iTwin Capture Modeler根据照片创建实景模型，提供准确的地形和现场物流环境，以评估其设计方案的潜在备选方案。McLachlan表示：“我们使用这种可缩放网格模型作为我们概念设计的背景，如果没有它，我们将无法准确计算数量，甚至无法评估各种（设计）选项的几何可行性。”从二维到三维环境的数字化转变为SMEC的设计工程师提供了一系列新的增值机会，他们可以对采集的数据和设计数据进行建模，而传统打印图纸的方法是无法实现这一点的。通过集成LumenRT，提供了虚拟现实环境，可以在真实环境中向客户直观地展示和传达其概念设计，从而更好地了解整个立交桥改造项目。

在详细设计阶段，SMEC使用OpenRoads建立了协同建模环境来集成桥梁和廊道建模，并将其三维设计模型覆盖在可缩放的实景模型上。互连数字化解决方案促进了多专业团队之间的碰撞检查、施工模拟、材料和土方工程量计算以及设计工作流集成。在实现数字化之前，SMEC面临着协调和整合大量工作流和数据的艰巨任务，如今它们被简化集成在数字模型中，可以随着项目的进展自动更新。通过将数字模型导出到虚拟现实环境中，项目参与方可以实时反馈和提出意见，SMEC得以在整个设计开发过程中相应地进一步完善模型，最终完全实现数字化驱动施工。McLachlan表示：“将整个项目引入三维空间，尤其是虚拟现实，每个相关人员都能在施工开始之前直观了解完成后的项目。”

数字化创新为未来交通项目树立标杆

Bentley应用程序快速的处理和输出时间以及高级建模功能极大地帮助加快了设计迭代。McLachlan表示：“Bentley应用程序助力在更短时间内产生最终可行的设计，施工采购得以在短时间内推进。”在整个详图设计过程中，OpenRoads强大的廊道建模功能和数据互用性助力实现土方工程和路面工程量的准确计算，它还实现了与桥梁结构设计团队的无缝协调，最大限度地减少了混凝土的使用，从而减少了项目的总体碳排放量。在互连数字化环境中工作简化了工作流，将建模时间缩短了约2500小时，节省了250万南非兰特的设计成本。集成的三维数字化设计解决方案与iTwin Capture Modeler相结合，有助于定制立交桥设计，最大限度地减少对环境的影响，避免破坏受保护的树木和植被。

在项目开始时，SMEC打算开发的设计是以三维可视化作为最终成果，绘制传统的二维图纸用于施工。SMEC在交付概念设计时面临挑战，不得不采用三维建模和虚拟现实技术寻找创新的数字化解决方案。他们改变了思维模式，将可视化从辅助项目转变为模型开发和交流过程的一部分。该项目被当作是学习和发展数字化工程的机会，用以建立SMEC的数字化三维设计工作流和三维资产库，例如路标、排水结构和灯杆，并应用于南非其他多个交通项目。该项目的成功为在未来项目中更轻松地应用虚拟现实开辟了道路。McLachlan表示：“长期计划是将来只需点击正确按钮即可‘实现虚拟化’。"