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数字化:向工程全生命周期延伸(图)
作者:本刊记者 张波 来源:《中国公路》杂志2023年22期 时间:2023-11-24

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中铁长江交通设计集团有限公司、中交路桥建设有限公司、重庆高速公路集团有限公司——蓼子特大桥基于 BIM 的数智化设计施工综合应用

山城重庆,名副其实,山多且高,道阻而长。正是因为地形地质太过复杂,重庆的北大门——城口县一直孤悬在外,迟迟未通高速公路。直至2022年12月30日,城开高速公路实现通车,城口这座山区县城才正式迈入了“高速时代”。

城开高速是国家高速G69银百高速重庆城口至开州段,路线全长129.3公里,它的建设非常艰辛,岩溶、瓦斯、突水、突泥、岩崩等不良地质众多,安全风险高、施工难度大、生态敏感脆弱,历时6年才得以建成。建设期间,它是国内在建高速中地形地质条件最复杂、综合建设难度最大的项目之一。

在如此艰苦的环境中修建高速公路,传统的方式无法满足要求,而信息化的设计施工在城开高速的建设中发挥了重要作用。比如城开高速的控制性工程之一——蓼子特大桥桥面距离河面达127米,拱肋最高处距离河面186米,相当于60层楼高,施工难度大。用了数字化的设计施工方式,大桥在狭小、陡峭、危险的环境中安全、高效地建设完成。


不止是三维出图、校核等基础的功能

蓼子特大桥位于大巴山腹地,跨越前河峡口,为典型山岭重丘区桥梁,为国内首座免涂装高性能耐候钢箱拱桥,由主桥和两岸引桥组成,主桥为跨径252米中承式钢箱拱桥,引桥为预应力混凝土连续箱梁。蓼子特大桥也是国内首次采用单肋空中平转、竖转混合转体工艺的大跨度拱桥。陡峭的地形给设计和施工带来了挑战,大桥设计团队——中铁长江交通设计集团有限公司(简称“中铁长江设计”)使用Bentley系列软件进行设计,生成了现有场地的实景模型和三维桥梁模型,并在设计校核、深化出图等方面充分利用BIM技术,大大提高了设计精度和效率,减少设计时间约300小时。

数字化的理念和技术也应用在大桥的施工中,大桥施工单位积极运用BIM技术进行数字赋能,在模型出量、物料统计、工艺模拟、虚拟建造、可视交底、三维校验、数字预拼装及智能建造等方面进行了应用实践,成效显著,缩短施工周期约55天,节约项目管理费用约220万元。

中铁长江设计数智交通院工程师唐一铭介绍,利用Bentley的技术,对蓼子特大桥进行了基于精细GIS的三维快速正向设计,并实现了3D精细地形建模。同时,中铁长江设计还将自己的管理平台融合到整个施工过程中,通过运用数字孪生和物联传感等技术,不仅实现了施工阶段的全面仿真和模拟,还实现了数据的实时传输和感知,参数化、精细化、智能化程度高。同时,还提出了基于BIM技术的桥梁施工监控和受力状态监测新方法,实现了大型桥梁建造过程智能化管理,建造过程中不断完善形成了施工BIM模型和竣工BIM模型。唐一铭介绍,“通过建设这座桥梁,可以为重庆之后的特大桥设计施工提供更多的帮助,并且通过建立基于BIM的数字档案馆及相对应的标准或指南,对重庆乃至整个西南地区的桥梁建设甚至是高速公路建设提供更多的借鉴。”

中铁长江设计数智交通院院长岳通表示,在蓼子特大桥的设计施工阶段,依托数字化的技术和手段,不仅实现了零安全事故,也最大限度地减少了对周围生态环境的破坏。其中,效率提升是核心要义,也是运用数字化技术的基础要求。同时,也为蓼子特大桥未来的管理运营、科学维护等工作打下了坚实的数字化基础。

当前在建的湖南省重点公路建设项目——衡永高速公路,同样应用了Bentley的系列软件,且在项目可行性分析、设计、施工等全过程中取得了数字化应用成果。


数字资产的管理从规划期开始

衡永高速是国家高速公路网G7221衡南高速(湖南衡阳-广西南宁)的重要组成路段,也是湖南省“七纵九横”高速公路网规划的加密线,连接衡阳市与永州市,向西南延伸至广西壮族自治区。按照建设计划,衡永高速公路预计2024年中通车,届时将为湖南广西打通新的跨省通道,并为提升衡阳与永州的交通通行效率发挥重要作用。

衡永高速位于湖南省湘南承接产业转移示范区和湖南省“3+5”城市群外围城市圈交叠区域,全长105.175公里,横跨5个区县,途经21个4A级景区和大片基本农田保护区。高速公路的建设面临生态环境和土地资源两条红线的考验。同时,衡永高速的设计工作涉及专业多,所以,作为该项目的设计单位,湖南省交通规划勘察设计院有限公司(简称“湖南交规院”)使用Bentley系列软件,将BIM技术纳入设计流程协助深化设计,强化了设计质量,取得了实实在在的成效。

湖南交规院高级工程师张昕昊表示,在衡永高速的设计中,他们利用了BIM+GIS、物联网、云计算、嵌入式等数字技术,开发了基于BIM的数字化管理平台,实现了高速公路全生命周期的数据汇集、管理、共享与智能决策。同时,还基于机载激光扫描、倾斜摄影建模、遥感、三维GIS等技术,构建出项目施工场地的三维数字化实景模型,实现了三维实景与设计方案、生态红线、基本农田的精准融合。

在衡永高速设计施工阶段,工程师利用Bentley应用程序对道路进行实时建模和设计,减少占用农田约150亩,并优化了多座桥梁的建设。张昕昊介绍,通过快速选线和建模,能够自动生成建设模型,从而直观展现对于农田和生态的影响情况,从而有助于快速进行路线的调整和变更,更好地保护了生态环境和基本农田。

衡永高速公路从规划之初就确定了要走数字高速发展之路,全面推进全流程数字化建设。虽然当前衡永高速正在如火如荼建设当中,但后期的数字化运营管理也早已纳入了项目的总体数字化管理规划和设计当中。下一步,衡永高速将在智慧运营阶段开展数字资产管理、数字孪生隧道、数字收费站、数字服务区等数字化场景创新研究。

值得一提的是,衡永高速公路是湖南省首个基于交通运输部发布的信息模型标准的项目,创建了基于新建高速公路类型的工作流程,完成了工作空间项目级定制、模型应用、属性交付标准等,成为湖南省高速公路项目本地化BIM应用的典型案例。

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湖南省交通规划勘察设计院有限公司——湖南省衡阳至永州高速公路


向工程建设前后期延伸的数字化应用趋势

不止是在后期的运维养护方面,数字化的发展越来越被行业重视。在工程建设的前期,除了勘察设计阶段的倾斜摄影、三维建模等数字化应用,征地拆迁的数字化也越来越多地得到应用。征地拆迁一般呈现点状分散的状态,数字化征拆可集中呈现、一图统揽、实时跟进、进度预警,可以用不同的颜色、图表、动画来展示征拆的进度与过程,将极大地方便项目管理单位随时掌握征拆情况,调整征拆策略。同时在对外服务方面,还可实现各环节扫码查看、线上听证、对外公告、线上签约等服务,便民利民,提升管理效率。得益于数字化征拆应用,浙江省重点交通项目工程——江玉公路(奉化至江山公路江山上余至大桥段公路工程)仅用82天就完成2553.7亩土地的组件报批,效率提高107%,并实现全程零信访。

同样的,在服务区的管理中,数字化已经应用到非常多的场景,从司乘直观感受得到的智慧停车、危化品监控、无感加油、智慧厕所、自动售卖机等,到服务区管理工作方面的商业管理、物业管理、车流量监控调度、应急保障等,处处体现了数字化的力量。智慧服务区的打造,已经成为每一家高路公司重点工作之一。江西畅行高速公路服务区开发经营有限公司打造看“数据+运营+服务”一张网,于2022年正式上线了“智慧服务区数据中台”,覆盖全省96对服务区;2023年8月,湖北省首座数字化服务区——荆州东服务区投入运营——它构建了16类数字应用模型,实现“车位级”精准停车诱导、关键区域入侵监测等10余项功能,充分挖掘服务区“窗口”价值;贵州高速集团打造了“服务区+”数字化管理平台,搭建了视频监控网、风险预警网、应急调度网、数据汇聚网、内控管理网和公众服务网6张网,对其管辖的121对服务区,实现了“数智化”管理,取得了管理效率和服务质量的双提升……


每一公里路线上都将有数字化发展的脚步

让“聪明的车”开上“智慧的路”,是交通行业发展的一个远景目标。一直以来,我国高度重视交通建设数字化、智慧化发展,交通运输部等部门制定了《“十四五”交通领域科技创新规划》《数字交通“十四五”发展规划》《国家车联网产业标准体系建设指南(智能交通相关)》等重要文件,明确了交通运输数字化转型、智能化升级、融合化发展的目标和实施路径,加强了政策保障和标准支撑,为数字交通建设发展创造了有利条件。2023年9月,交通运输部又出台《关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》(简称《意见》),进一步明确了阶段性发展目标:到2027年,公路数字化转型取得明显进展,构建公路设计、施工、养护、运营等“一套模型、一套数据”,基本实现全生命期数字化;到2035年,全面实现公路数字化转型,建成安全、便捷、高效、绿色、经济的实体公路和数字孪生公路两个体系。未来,每一公里路线上都将有数字化发展的脚步。

2027年的发展目标主要针对新建改建工程而言。对此,《意见》明确指出要推动公路勘察、设计、施工、验收交付等数字化,实现不同环节间数字化流转,促进基于数字化的勘察设计流程、施工建造方式和工程管理模式变革。在勘察阶段,明确要求积极应用无人机激光雷达测绘、倾斜摄影、高分遥感、北斗定位等信息采集手段,利用BIM+GIS技术实现数据信息集成管理,推广“云+端”公路勘察测绘新模式。在公路设计阶段,鼓励建立基于BIM的正向设计流程和协同设计平台,实现三维协同设计、自动生成工程量清单、参数化设计和复杂工程三维模拟分析。自2024年6月起,新开工国家高速公路项目原则上应提交BIM设计成果,鼓励其他项目应用BIM设计技术。在公路建设方面,要促进BIM设计成果向施工传递并转化为施工应用系统,通过数字化模拟施工工艺、优化施工组织。鼓励研发公路智能化施工装备,推进各类装备编码和通信协议标准化,依托BIM模型实现装备间数据交换、施工数据采集、自动化控制等,提高加工精度和效率,逐步实现工程信息模型与工程实体同步验收交付。

当初少数建设项目的BIM尝试,现在已经变成了全行业走数字化发展之路的共识。

同时,存量公路的数字化工作则十分艰巨,当前我国公路通车总里程达535.5万公里,如此庞大的存量公路的数字孪生工作,不仅面临管理事权分散在各省各单位的情况,而且面临数据来源庞杂、数据量巨大、数据融合等问题。好在交通运输部提前布局,在役公路数字化和农村公路“一路一档”信息化建设试点工作已经先期启动,很快将给出借鉴范例。而在技术路线方面,数字公路、数据治理等相关标准正在加快制订修订,数据安全保障体系也在加快构建。在此过程中,选择、开发适宜的软件平台,也是目前行业重点工作之一。


延伸阅读:

基础设施工程软件公司 Bentley Systems主办的“2023基础设施数字化光辉大奖赛”,于2023年10月决出最终获奖名单。此年度赛事旨在表彰 Bentley 软件用户在推进全球基础设施设计、施工和运营中做出的杰出贡献。

在新加坡举办的2023纵览基础设施大会和基础设施数字化光辉大奖赛活动中,决赛入围者向全球媒体和12个独立评委会展示了他们的项目。12个奖项类别的36个决赛入围者由评委从51个国家/地区的235个组织提交的300多个参赛项目中选出,评委从这些决赛入围者中最终评选出了12个奖项类别的获奖者。

2023基础设施数字化光辉大奖中,有7个中国项目进入决赛,包括重庆城开高速的蓼子特大桥和湖南衡永高速公路项目。

【审核:闫可欣】

【编辑:朱海洲】

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