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        2023世界交通運輸大會 傲殺除草       投稿須知
        數字化:向工程全生命周期延伸(圖)
        作者:本刊記者 張波 來源:《中國公路》雜志2023年22期 時間:2023-11-24

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        中鐵長江交通設計集團有限公司、中交路橋建設有限公司、重慶高速公路集團有限公司——蓼子特大橋基于 BIM 的數智化設計施工綜合應用

        山城重慶,名副其實,山多且高,道阻而長。正是因為地形地質太過復雜,重慶的北大門——城口縣一直孤懸在外,遲遲未通高速公路。直至2022年12月30日,城開高速公路實現通車,城口這座山區縣城才正式邁入了“高速時代”。

        城開高速是國家高速G69銀百高速重慶城口至開州段,路線全長129.3公里,它的建設非常艱辛,巖溶、瓦斯、突水、突泥、巖崩等不良地質眾多,安全風險高、施工難度大、生態敏感脆弱,歷時6年才得以建成。建設期間,它是國內在建高速中地形地質條件最復雜、綜合建設難度最大的項目之一。

        在如此艱苦的環境中修建高速公路,傳統的方式無法滿足要求,而信息化的設計施工在城開高速的建設中發揮了重要作用。比如城開高速的控制性工程之一——蓼子特大橋橋面距離河面達127米,拱肋最高處距離河面186米,相當于60層樓高,施工難度大。用了數字化的設計施工方式,大橋在狹小、陡峭、危險的環境中安全、高效地建設完成。


        不止是三維出圖、校核等基礎的功能

        蓼子特大橋位于大巴山腹地,跨越前河峽口,為典型山嶺重丘區橋梁,為國內首座免涂裝高性能耐候鋼箱拱橋,由主橋和兩岸引橋組成,主橋為跨徑252米中承式鋼箱拱橋,引橋為預應力混凝土連續箱梁。蓼子特大橋也是國內首次采用單肋空中平轉、豎轉混合轉體工藝的大跨度拱橋。陡峭的地形給設計和施工帶來了挑戰,大橋設計團隊——中鐵長江交通設計集團有限公司(簡稱“中鐵長江設計”)使用Bentley系列軟件進行設計,生成了現有場地的實景模型和三維橋梁模型,并在設計校核、深化出圖等方面充分利用BIM技術,大大提高了設計精度和效率,減少設計時間約300小時。

        數字化的理念和技術也應用在大橋的施工中,大橋施工單位積極運用BIM技術進行數字賦能,在模型出量、物料統計、工藝模擬、虛擬建造、可視交底、三維校驗、數字預拼裝及智能建造等方面進行了應用實踐,成效顯著,縮短施工周期約55天,節約項目管理費用約220萬元。

        中鐵長江設計數智交通院工程師唐一銘介紹,利用Bentley的技術,對蓼子特大橋進行了基于精細GIS的三維快速正向設計,并實現了3D精細地形建模。同時,中鐵長江設計還將自己的管理平臺融合到整個施工過程中,通過運用數字孿生和物聯傳感等技術,不僅實現了施工階段的全面仿真和模擬,還實現了數據的實時傳輸和感知,參數化、精細化、智能化程度高。同時,還提出了基于BIM技術的橋梁施工監控和受力狀態監測新方法,實現了大型橋梁建造過程智能化管理,建造過程中不斷完善形成了施工BIM模型和竣工BIM模型。唐一銘介紹,“通過建設這座橋梁,可以為重慶之后的特大橋設計施工提供更多的幫助,并且通過建立基于BIM的數字檔案館及相對應的標準或指南,對重慶乃至整個西南地區的橋梁建設甚至是高速公路建設提供更多的借鑒?!?/p>

        中鐵長江設計數智交通院院長岳通表示,在蓼子特大橋的設計施工階段,依托數字化的技術和手段,不僅實現了零安全事故,也最大限度地減少了對周圍生態環境的破壞。其中,效率提升是核心要義,也是運用數字化技術的基礎要求。同時,也為蓼子特大橋未來的管理運營、科學維護等工作打下了堅實的數字化基礎。

        當前在建的湖南省重點公路建設項目——衡永高速公路,同樣應用了Bentley的系列軟件,且在項目可行性分析、設計、施工等全過程中取得了數字化應用成果。


        數字資產的管理從規劃期開始

        衡永高速是國家高速公路網G7221衡南高速(湖南衡陽-廣西南寧)的重要組成路段,也是湖南省“七縱九橫”高速公路網規劃的加密線,連接衡陽市與永州市,向西南延伸至廣西壯族自治區。按照建設計劃,衡永高速公路預計2024年中通車,屆時將為湖南廣西打通新的跨省通道,并為提升衡陽與永州的交通通行效率發揮重要作用。

        衡永高速位于湖南省湘南承接產業轉移示范區和湖南省“3+5”城市群外圍城市圈交疊區域,全長105.175公里,橫跨5個區縣,途經21個4A級景區和大片基本農田保護區。高速公路的建設面臨生態環境和土地資源兩條紅線的考驗。同時,衡永高速的設計工作涉及專業多,所以,作為該項目的設計單位,湖南省交通規劃勘察設計院有限公司(簡稱“湖南交規院”)使用Bentley系列軟件,將BIM技術納入設計流程協助深化設計,強化了設計質量,取得了實實在在的成效。

        湖南交規院高級工程師張昕昊表示,在衡永高速的設計中,他們利用了BIM+GIS、物聯網、云計算、嵌入式等數字技術,開發了基于BIM的數字化管理平臺,實現了高速公路全生命周期的數據匯集、管理、共享與智能決策。同時,還基于機載激光掃描、傾斜攝影建模、遙感、三維GIS等技術,構建出項目施工場地的三維數字化實景模型,實現了三維實景與設計方案、生態紅線、基本農田的精準融合。

        在衡永高速設計施工階段,工程師利用Bentley應用程序對道路進行實時建模和設計,減少占用農田約150畝,并優化了多座橋梁的建設。張昕昊介紹,通過快速選線和建模,能夠自動生成建設模型,從而直觀展現對于農田和生態的影響情況,從而有助于快速進行路線的調整和變更,更好地保護了生態環境和基本農田。

        衡永高速公路從規劃之初就確定了要走數字高速發展之路,全面推進全流程數字化建設。雖然當前衡永高速正在如火如荼建設當中,但后期的數字化運營管理也早已納入了項目的總體數字化管理規劃和設計當中。下一步,衡永高速將在智慧運營階段開展數字資產管理、數字孿生隧道、數字收費站、數字服務區等數字化場景創新研究。

        值得一提的是,衡永高速公路是湖南省首個基于交通運輸部發布的信息模型標準的項目,創建了基于新建高速公路類型的工作流程,完成了工作空間項目級定制、模型應用、屬性交付標準等,成為湖南省高速公路項目本地化BIM應用的典型案例。

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        湖南省交通規劃勘察設計院有限公司——湖南省衡陽至永州高速公路


        向工程建設前后期延伸的數字化應用趨勢

        不止是在后期的運維養護方面,數字化的發展越來越被行業重視。在工程建設的前期,除了勘察設計階段的傾斜攝影、三維建模等數字化應用,征地拆遷的數字化也越來越多地得到應用。征地拆遷一般呈現點狀分散的狀態,數字化征拆可集中呈現、一圖統攬、實時跟進、進度預警,可以用不同的顏色、圖表、動畫來展示征拆的進度與過程,將極大地方便項目管理單位隨時掌握征拆情況,調整征拆策略。同時在對外服務方面,還可實現各環節掃碼查看、線上聽證、對外公告、線上簽約等服務,便民利民,提升管理效率。得益于數字化征拆應用,浙江省重點交通項目工程——江玉公路(奉化至江山公路江山上余至大橋段公路工程)僅用82天就完成2553.7畝土地的組件報批,效率提高107%,并實現全程零信訪。

        同樣的,在服務區的管理中,數字化已經應用到非常多的場景,從司乘直觀感受得到的智慧停車、?;繁O控、無感加油、智慧廁所、自動售賣機等,到服務區管理工作方面的商業管理、物業管理、車流量監控調度、應急保障等,處處體現了數字化的力量。智慧服務區的打造,已經成為每一家高路公司重點工作之一。江西暢行高速公路服務區開發經營有限公司打造看“數據+運營+服務”一張網,于2022年正式上線了“智慧服務區數據中臺”,覆蓋全省96對服務區;2023年8月,湖北省首座數字化服務區——荊州東服務區投入運營——它構建了16類數字應用模型,實現“車位級”精準停車誘導、關鍵區域入侵監測等10余項功能,充分挖掘服務區“窗口”價值;貴州高速集團打造了“服務區+”數字化管理平臺,搭建了視頻監控網、風險預警網、應急調度網、數據匯聚網、內控管理網和公眾服務網6張網,對其管轄的121對服務區,實現了“數智化”管理,取得了管理效率和服務質量的雙提升……


        每一公里路線上都將有數字化發展的腳步

        讓“聰明的車”開上“智慧的路”,是交通行業發展的一個遠景目標。一直以來,我國高度重視交通建設數字化、智慧化發展,交通運輸部等部門制定了《“十四五”交通領域科技創新規劃》《數字交通“十四五”發展規劃》《國家車聯網產業標準體系建設指南(智能交通相關)》等重要文件,明確了交通運輸數字化轉型、智能化升級、融合化發展的目標和實施路徑,加強了政策保障和標準支撐,為數字交通建設發展創造了有利條件。2023年9月,交通運輸部又出臺《關于推進公路數字化轉型加快智慧公路建設發展的意見》(簡稱《意見》),進一步明確了階段性發展目標:到2027年,公路數字化轉型取得明顯進展,構建公路設計、施工、養護、運營等“一套模型、一套數據”,基本實現全生命期數字化;到2035年,全面實現公路數字化轉型,建成安全、便捷、高效、綠色、經濟的實體公路和數字孿生公路兩個體系。未來,每一公里路線上都將有數字化發展的腳步。

        2027年的發展目標主要針對新建改建工程而言。對此,《意見》明確指出要推動公路勘察、設計、施工、驗收交付等數字化,實現不同環節間數字化流轉,促進基于數字化的勘察設計流程、施工建造方式和工程管理模式變革。在勘察階段,明確要求積極應用無人機激光雷達測繪、傾斜攝影、高分遙感、北斗定位等信息采集手段,利用BIM+GIS技術實現數據信息集成管理,推廣“云+端”公路勘察測繪新模式。在公路設計階段,鼓勵建立基于BIM的正向設計流程和協同設計平臺,實現三維協同設計、自動生成工程量清單、參數化設計和復雜工程三維模擬分析。自2024年6月起,新開工國家高速公路項目原則上應提交BIM設計成果,鼓勵其他項目應用BIM設計技術。在公路建設方面,要促進BIM設計成果向施工傳遞并轉化為施工應用系統,通過數字化模擬施工工藝、優化施工組織。鼓勵研發公路智能化施工裝備,推進各類裝備編碼和通信協議標準化,依托BIM模型實現裝備間數據交換、施工數據采集、自動化控制等,提高加工精度和效率,逐步實現工程信息模型與工程實體同步驗收交付。

        當初少數建設項目的BIM嘗試,現在已經變成了全行業走數字化發展之路的共識。

        同時,存量公路的數字化工作則十分艱巨,當前我國公路通車總里程達535.5萬公里,如此龐大的存量公路的數字孿生工作,不僅面臨管理事權分散在各省各單位的情況,而且面臨數據來源龐雜、數據量巨大、數據融合等問題。好在交通運輸部提前布局,在役公路數字化和農村公路“一路一檔”信息化建設試點工作已經先期啟動,很快將給出借鑒范例。而在技術路線方面,數字公路、數據治理等相關標準正在加快制訂修訂,數據安全保障體系也在加快構建。在此過程中,選擇、開發適宜的軟件平臺,也是目前行業重點工作之一。


        延伸閱讀:

        基礎設施工程軟件公司 Bentley Systems主辦的“2023基礎設施數字化光輝大獎賽”,于2023年10月決出最終獲獎名單。此年度賽事旨在表彰 Bentley 軟件用戶在推進全球基礎設施設計、施工和運營中做出的杰出貢獻。

        在新加坡舉辦的2023縱覽基礎設施大會和基礎設施數字化光輝大獎賽活動中,決賽入圍者向全球媒體和12個獨立評委會展示了他們的項目。12個獎項類別的36個決賽入圍者由評委從51個國家/地區的235個組織提交的300多個參賽項目中選出,評委從這些決賽入圍者中最終評選出了12個獎項類別的獲獎者。

        2023基礎設施數字化光輝大獎中,有7個中國項目進入決賽,包括重慶城開高速的蓼子特大橋和湖南衡永高速公路項目。

        【審核:閆可欣】

        【編輯:朱海洲】

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