摘要 隨著科技發(fā)展和政策引導，數(shù)字化技術和手段在公路工程的各個階段得到了廣泛的應用。但目前大部分工程項目僅在某一階段進行數(shù)字化實踐，沒有實現(xiàn)對全過程的工程數(shù)據(jù)的信息化管理。該文以連宿高速工程項目為例，論述了公路工程全專業(yè)數(shù)字化設計、全流程數(shù)字化管理和全過程數(shù)字化交付和傳遞的方法。該項目是國內(nèi)首次同時提出全專業(yè)、全流程、全過程數(shù)字化實施的公路工程項目，對于公路工程數(shù)字化技術的應用和推廣具有重要的參考意義。

關鍵詞 公路工程；數(shù)字化技術；全專業(yè)；全流程；全過程

中圖分類號 U412 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0166-03

0 引言

隨著科技發(fā)展和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，工程行業(yè)經(jīng)歷了從信息化、數(shù)字化再到數(shù)智化的逐步轉(zhuǎn)型，在一定程度上帶來了管理效率和生產(chǎn)效益的提升。BIM技術是工程數(shù)字化建設的重要手段，依托精細的模型和海量的數(shù)據(jù)，對工程項目進行全過程的信息化、智能化管理，具有模擬性好、協(xié)調(diào)性高、三維可視效果好的特點[1]。

在公路工程領域，響應國家數(shù)字化發(fā)展的要求，交通運輸部在2017年發(fā)布《關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》（交辦公路〔2017〕205號），明確了BIM技術應用的總體指導思想是實現(xiàn)全生命周期信息暢通傳遞；2021年，中共中央、國務院印發(fā)《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，提出至2035年交通基礎設施數(shù)字化率達到90%的指標。

在政策引導的作用下，國內(nèi)交通工程項目在各階段工作中逐步開始探索和應用數(shù)字化技術。G3W德州至上饒高速合肥到樅陽段全線采用了無人機傾斜攝影測量，在復雜節(jié)點建立三維的真實場景模型，并與三維設計模型集成，基于此進行設計校核及查驗[2]。深中通道島隧工程在設計過程中，建立了三維參數(shù)化模型，針對復雜的鋼殼混凝土結構進行正向設計研究，輔助方案設計優(yōu)化和出圖，提升了設計質(zhì)量和效率[3]。

中交四公局在湖北香溪河大橋工程項目中，在施工階段利用BIM技術開展復核圖紙、超危大方案模擬驗證、進度質(zhì)量安全管理等應用，實現(xiàn)了項目的數(shù)據(jù)化施工、信息化運營和平臺化管理[4]。港珠澳大橋在運維階段，利用物聯(lián)網(wǎng)、智能監(jiān)測、無人機巡檢等一系列技術開展橋梁的運維工作，實現(xiàn)大橋運維的安全、可靠、高效[5]。

目前，國內(nèi)的交通工程項目，在不同階段不同程度地應用了數(shù)字化技術，但大部分是針對某一個階段實施，且沒有對全過程的工程數(shù)據(jù)進行信息化的管理，沒有充分發(fā)揮BIM技術在工程全生命周期信息集成、流轉(zhuǎn)和管理的能力。

該文主要論述的項目——連云港至宿遷高速公路是國內(nèi)第一條同時進行全專業(yè)、全流程、全過程數(shù)字化的公路工程項目。該項目實現(xiàn)了包括路線、路基、橋梁、交安、環(huán)保、機電等公路工程范疇的全部專業(yè)的數(shù)字化設計，對項目實施過程中的資料、文件等進行全流程數(shù)字化管理，同時對數(shù)字化設計成果向后續(xù)建設施工、養(yǎng)護運營階段的傳遞和應用進行了規(guī)劃。該項目的實施對于公路工程數(shù)字化的應用和推廣具有重要的參考意義。

1 全專業(yè)數(shù)字化設計

公路工程項目的設計涉及路線、路基、路面、橋梁、隧道、交安、環(huán)保、機電、景觀、綠化等專業(yè)，傳統(tǒng)設計中各專業(yè)的設計方法和所用的設計軟件均不同。但對于數(shù)字化設計，根據(jù)各專業(yè)的特點，采用不同的方法開展設計工作。

第一種是路線、互通專業(yè)，通過在軟件平臺輸入全參數(shù)數(shù)據(jù)，形成整個路線的信息數(shù)據(jù)包，通過這一數(shù)據(jù)包，自動化構建三維的路線模型并生成路線的二維設計圖，確保了圖、模保持一致。

另一種就是橋梁、路基路面等結構物專業(yè)，通過模板庫結合自動設計工具來進行設計，模板庫中包含各類參數(shù)化構件的模型和圖紙，通過在設計過程中調(diào)用模板并修改參數(shù)，利用設計工具將調(diào)整后符合項目設計要求的構件放到路線的定位點，通過這兩種方式完成各專業(yè)單獨的設計過程。

基于數(shù)字化設計的工具和方法，可以實現(xiàn)全專業(yè)的協(xié)同設計。橋梁、路基等結構物專業(yè)是基于路線骨架并通過參數(shù)與路線骨架進行關聯(lián)的，因此，在發(fā)生設計變更時，對路線骨架和參數(shù)進行修改，結構物也會隨之更改（如圖１所示），這在一定程度上提高了設計變更的工作效率。

圖1 參數(shù)化設計

另外，數(shù)字化設計可以實現(xiàn)將各專業(yè)的設計成果集成在同一環(huán)境中，在同一空間進行核查，減少以往各專業(yè)間發(fā)生錯漏碰缺的問題，同時參照其他專業(yè)設計成果可以在發(fā)生錯漏碰缺時可以方便地進行修改，提高了設計工作的效率。

在該項目中，通過數(shù)字化設計，基于三維環(huán)境模型進行線路的優(yōu)化調(diào)整設計，優(yōu)化后的線路減小了沿線的拆遷面積、優(yōu)化了“夾心地”的問題。在路基設計的過程中，將軟基處理方法通過三維數(shù)字化手段進行了展現(xiàn)。在橋梁工程的數(shù)字化設計過程中，將樁基設計與地勘數(shù)字化成果通過計算系統(tǒng)結合，根據(jù)樁的位置、受力情況及鉆孔信息自動計算合適的樁長，提高了樁基設計計算的效率。附屬專業(yè)的設計是在主體專業(yè)的設計模型基礎上進行的，利用自主研發(fā)的設計工具進行設備的自動化布設，能夠適應主體結構的情況，有效避免錯漏碰缺。開展數(shù)字化設計，與傳統(tǒng)設計相比在準確性、安全性和工作效率方面均有一定的提升價值。

2 全流程數(shù)字化管理

在工程設計工作中，除了設計成果外，對設計流程的管理也十分重要，在設計過程中產(chǎn)生的過程文件均應進行保留和管理。利用數(shù)字化技術開發(fā)全流程數(shù)字設計管理平臺，系統(tǒng)采用前后端分離技術，后端采用主流SpringBoot框架，Maven多模塊化管理；前端采用主流VUE框架，采用組件化開發(fā)，利用豐富的組件庫提高開發(fā)效率。三維引擎方面，平臺使用開源引擎Cesium，支持靈活二次開發(fā)，具有強大的地理空間可視化能力，使用戶可以更直觀、形象地了解三維信息。

平臺集成了BIM模型、GIS數(shù)據(jù)和項目過程文件，采用網(wǎng)頁端的方式，降低了用戶使用過程中對硬件的要求，可以實現(xiàn)多方共享和協(xié)同。平臺支持對BIM模型和GIS數(shù)據(jù)進行圖層級管理，對不同的圖層進行分別控制（如圖２所示）；支持對BIM模型的構件級管理，能夠?qū)嫾趯傩赃M行查詢、統(tǒng)計，并且能夠開展構件級的施工進度模擬；對項目各方資料和文件進行數(shù)字化管理，做到精細化、集成化、可追溯，同時方便項目其他參與方隨時調(diào)用查看。

圖2 數(shù)字化平臺中對模型進行分圖層控制

該項目在設計階段，利用數(shù)字設計管理平臺，除BIM模型和GIS數(shù)據(jù)之外，同步將各流程階段的文本文件同步進行上傳、歸檔和匯總。組織策劃階段搜集了土地規(guī)劃、既有道路等資料；外業(yè)調(diào)查階段形成了控制因素分布圖紙和外業(yè)照片；方案論證階段產(chǎn)生了推薦設計方案的演變過程資料及相關專題專項的行政許可的執(zhí)行情況等；審查報批階段形成了設計圖紙及模型的復審核材料和相關的會議紀要等。全流程的數(shù)字化管理，實現(xiàn)了交付的清晰直觀，并且能夠方便后續(xù)階段的追溯和查詢。

3 全過程數(shù)字化交付及傳遞

數(shù)字化設計的交付內(nèi)容包括各專業(yè)的設計信息模型、構件屬性信息表、工程圖紙和其他過程文件。設計成果的交付是通過數(shù)字化平臺進行的，各專業(yè)通過將成果上傳至平臺完成交付過程，平臺具備匯總展示、查詢統(tǒng)計、數(shù)據(jù)審核以及模型轉(zhuǎn)換等功能。

各專業(yè)在設計階段利用不同的軟件建立的信息模型，都以源文件的格式進行交付，便于后期進行修改，模型中各個構件的工程信息匯總存儲在屬性信息表中，具體的信息內(nèi)容和精細度根據(jù)行業(yè)相關標準[6-7]和項目交付要求確定，將工程圖紙與構件進行關聯(lián)并交付，通過數(shù)字化技術，能夠提高后期查閱搜索的速度，方便使用。

設計階段形成的數(shù)字化設計成果，包含工程設計階段全部的信息和數(shù)據(jù)，應當作為全過程數(shù)字公路應用的基礎數(shù)據(jù)，成為工程的數(shù)字底座的重要組成部分。這些信息和數(shù)據(jù)通過標準化處理并按照相應的規(guī)則進行轉(zhuǎn)換后，滿足后續(xù)階段的應用要求，繼續(xù)向后續(xù)的施工建造、運營養(yǎng)護階段傳遞。

在模型向施工階段傳遞時，根據(jù)工程構件在設計階段與施工階段的編碼對應關系，在保留原有構件的設計屬性信息的基礎上，增加施工階段的信息，實現(xiàn)與數(shù)字建設管理平臺的對接，基于此實現(xiàn)施工階段的進度質(zhì)量安全管理，提升施工質(zhì)量。

設計階段和施工階段積累的數(shù)據(jù)，將共同作為工程的數(shù)字底座，為工程管養(yǎng)、運維階段提供數(shù)據(jù)支撐。在運維階段，基于物聯(lián)網(wǎng)技術和智能養(yǎng)護平臺，將工程模型和養(yǎng)護數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，通過可視化手段提高工程運維的質(zhì)量和效率，工程全生命期數(shù)據(jù)將通過統(tǒng)一架構在云上的平臺進行管理，方便數(shù)據(jù)的交換、共享和服務。

4 結論

該文以連宿高速項目為例，對公路工程數(shù)字化技術的應用進行論述，利用BIM技術進行工程全生命周期的信息和數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)全專業(yè)數(shù)字化設計和全流程數(shù)字化管理，并對全過程數(shù)字化交付及傳遞進行規(guī)劃，結論與經(jīng)驗總結如下：

（1）基于不同的專業(yè)的特點開展數(shù)字化設計，將工程構件與路線骨架關聯(lián)，同時將不同專業(yè)的設計成果集成在同一環(huán)境中，實現(xiàn)協(xié)同設計，減少錯漏碰缺，提高設計質(zhì)量。

（2）開發(fā)數(shù)字化管理平臺，將工程參與各方的資料、文本、設計成果和過程文件集成在平臺上，可以實現(xiàn)各專業(yè)在全流程的文件和成果的管理，實現(xiàn)工程管理精細化、集成化、可追溯。

（3）設計階段形成的數(shù)字化成果，將向后續(xù)施工建造、運營養(yǎng)護階段進行傳遞，滿足后續(xù)階段的應用要求，構成工程數(shù)字底座的重要部分，由此完成信息和數(shù)據(jù)的串聯(lián)，最終實現(xiàn)工程全生命周期的信息集成和應用。

參考文獻

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[6]公路工程設計信息模型應用標準：JTGT 2421—2021[S].北京：人民交通出版社，2021.

[7]公路工程信息模型應用統(tǒng)一標準：JTGT 2420—2021[S].北京：人民交通出版社，2021.