實現三維正向設計
——對話Bentley系統土木設計產品副總裁Dustin Parkman

Bentley系統土木設計產品副總裁Dustin Parkman

在紅遍中國的《三體》小說中，當人類陣容龐大的宇宙艦隊對決三體的時候，人類與三體科技差距的硬傷讓水滴分分鐘秒殺人類宇宙艦隊。雖然三體只是人類對未來科技的暢想，但不容置疑的是，人類有史以來的競爭無不是基于科技之上。誰主導了科技進步，誰就能立于不敗之地。

而在基礎設施領域，隨著實景建模、連續性勘測、三維建模等一系列新技術的出現及其應用的成熟，三維正向設計成為高效的選擇，諸多大院正在積極探索并取得了相關成果。對此，筆者對話具有十余年BIM實踐經驗的Bentley系統土木設計產品副總裁Dustin Parkman，聽他講述BIM熱點以及在中外的成功實踐。

梅觀高速：三維正向設計的中國探索

素有“深圳中軸線”之稱的梅觀高速成為中國大交通行業探索三維正向設計的樣板。而在歐美許多國家已經制定政策全面推動三維正向設計，因為它是當下城市化發展的關鍵解決方案之一。

問：在中國，我時常聽到BIM就是“翻模”，不知在國外是否也有這種現象？

Dustin：在世界各地，很長一段時間大家都是通過“翻模”來實現BIM應用。但大家都有這樣一個共識，三維正向設計是BIM的終極目標。相對于傳統二維設計，三維正向設計將逐步占有更大的市場。

在過去的五年中，美國聯邦財政撥款到各州以3D設計建模標準替代基于2D的標準。整個歐洲尤其是斯堪的納維亞地區，也在推進這樣的工作流程。各國政府最終都會向新技術、新流程看齊。3D設計建模不僅能節約巨大的資金和人力物力，而且能解決現在城市化進程中難以解決的問題。中國的許多大院已經在三維正向設計方面進行了積極探索，而深圳的梅觀高速就是這一探索的樣本，我們的解決方案助力項目在半年時間將持續七八年的方案設計階段快速推動到初步設計階段，堪稱一個里程碑。

問：能否詳細介紹一下梅觀高速在三維正向設計方面的探索。

Dustin：梅觀高速市政改造項目要求將原有高速公路改擴建為城市快速路的主路，不僅要建成一道漂亮養眼的城市風景線，也要在兩側新建城市快速路的輔路及道路配套系統，并要求考慮該軌道交通設施對于社區和環境的影響，整個系統龐大而復雜。

梅觀高速全長19.3公里，總投資達94億人民幣，共設互通式立交8處、橋梁37座、綜合管廊總長約17.6公里，同時項目所處地區公路網密集、車流量大、設計周期短，這些都給項目設計帶來了相當大的挑戰，如果用傳統的勘測和設計方式，項目很難在規定的時間內交付。這也是多年來許多問題懸而未決的原因。

問：梅觀高速采用的BIM設計解決方案包括哪些？

Dustin：負責該項目的中交第一公路勘察設計研究院有限公司 （簡稱“中交一公院”）通過運用實景建模技術與OpenRoads道路設計系列軟件創建了全線地面實景模型、三維地質模型和地下管線模型，快速構建了虛擬的三維數字環境，然后在該環境中完成了道路、橋梁、綜合管廊設計。同時，基于OpenRoads Designer進行了二次開發，快速創建和批量布置了復雜橋梁結構和綜合管廊復雜節點模型。最后，利用LumenRT對集成的模型進行了道路方案景觀方案設計、交通導改方案以及整體項目方案的比選和優化。

深圳梅觀高速公路清湖南段市政道路工程

這一解決方案充分利用發掘了3D模型的可視化和數據化價值，簡化了設計流程，大大提升了設計質量和效率，降低了項目成本。比原計劃的9個月交付時間提前了43天，節約了成本 220 萬元人民幣，節省了計劃設計修改工作量約120 天、初步設計審查時間約60 天、管道設計錯誤檢查時間約150天。

問：可以說三維正向設計是一個“節約型”設計，具體來看，它的節約體現在哪些方面？

Dustin：過去人們對“節約”的理解僅僅限于與設計相關的節約，這是很片面的。真正為設計模式帶來變革動力的是施工和運維階段，因為正向工作流會在這些方面節約大量資金。從施工的角度而言，施工階段的費用所占整個項目資金超過90%，節約10%的施工資金遠比在設計階段節約20%、30%的資金要多得多。

目前在美國市場，正是鐵路和公路系統的施工和下游運營維護驅動了工程師改變他們的可交付條件。他們發現BIM交付條件為施工下游單位的運營維護提供了很多有用的信息。所以這才是真正的驅動力量，并且會改變整個產業鏈。

問：是否可以認為BIM應用是牽一發而動全身？

Dustin：我一直在思考土木工程項目的結構在發生什么樣的改變。項目涉及不同領域，有設計團隊、施工團隊、運營團隊、維護團隊，而這些團隊并不會見面、也很少交流，在每個階段，他們會輸入相關的可交付信息，并按照既定的流程工作。當前至少在大多數地方，這種合作方式都發生了很大變化，比如施工承包商在項目更早階段就開始參與，包括規劃和設計后的工作。這些不同的團隊中有更多的交流活動，共同致力于如何更高效率、更低成本完成項目，保障正常運營，為公眾和企業減少額外負擔。這需要在早期進行更多的整合、交流。

在交付之前，設計師可以按照自己的想法輕松更改模型，每一次更改，模型會自動更新相應數據，省卻了大量重復繪圖時間，這有助于他們在限定的時間內為業主提供最優秀、最具創意的設計作品。而施工方也可以通過輸入實時施工數據，隨時跟蹤、監控項目進度，同時還可以通過預先碰撞檢測將錯誤率和返工率控制到最小。在項目交付后，3D模型中的所有數據都移交給運維方，為后期運維以及延長資產的壽命周期提供了寶貴的信息資源。

BIM賦能：實景建模等已成三維正向設計技術新莊家

實景建模、連續性勘測以及綜合建模環境的行業解決方案等新技術與新模式正在成為BIM技術圈的新莊家，使得三維正向設計成為可行、高效的選擇。而對新技術的選擇也攸關三維正向設計的成敗。

問：哪些新技術使得三維正向設計變得切實可行？

Dustin：實景建模、連續性勘測、綜合建模環境的行業解決方案等新技術正在成為BIM技術圈的新莊家。比如說，實景建模對于復雜環境把不可能變成可能。它不僅大量簡化了復雜的工作，在獲取數據方面簡單易行，而且大大削減了成本，實現保真的信息和豐富的環境。在美國和澳大利亞等國家，連續性勘測也在作出杰出的貢獻，比如使用它來監測土建工程每天的進度，確保是否與我們土建的計劃進度保持一致。

問：能否介紹一下連續性勘測的作用和操作？

Dustin：在初期的勘測數據采集階段以及在施工階段都可以使用連續性勘測。施工階段連續性勘測很重要，因為每天施工的進程都在變化，比如混凝土、鋼筋、安裝等等。很多不同的團隊做著不同的工作，很多事情都在發生不同的變化；要想每一次都完全測量一個區域是不切實際的，而連續性勘測成為更好的解決方案。比如我在砌一個擋土墻，我知道自己不能在某個特定的時間完成，就用一個輕型的手持掃描儀把目前的狀態掃描下來，為下一步其他工作做準備，隨后不斷地把各個小部分的勘測集中在一起并組合起來，最終形成一個完整的模型，這就是連續性勘測的工作方式。

問：在概念與深化設計產品方面有哪些最新發展？

Dustin：比如在梅觀高速這樣的項目，傳統方式下通常需要使用六七種不同的產品來完成概念設計和深化設計以達到可交付條件。但采用OpenRoad所有的設計內容都可以實現，其中有內嵌的排水管設計模塊、公路設計模塊、混凝土設計模塊等等，把地表巖土工程和隧道接口等設計一起實現。

另外，中交水運規劃設計院在天津寶坻的一個EPC項目，結合應用OpenRoad Designer、ProjectWise、Navigator、 LumenRT 等工具助推了設計施工一體化進程。

在中國市場，自從我們三年前引進了實景建模技術之后，短期內就取得了豐碩的成果。我們于不久前剛剛發布了OpenRail Designer，這款產品與之前發布的OpenRoads Designer是并行產品；我們近期還推出了OpenBridge Designer。這三款產品是專門為道路交通行業打造的旗艦產品，既有相同的土木結構基因，又各具特色。這些產品都是屬于提供綜合建模環境的CONNECT版本，規劃、設計、施工以及后期的維護部門都將在其中找到自己的角色并在權限范圍內共享項目數據。

未來10年：三維正向設計踩著城市化發展的節奏

從10年前第一次來到中國，到最近3年頻繁造訪，Dustin的到來也體現了BIM在土木行業發展的節奏。

問：您是哪一年來到中國，在中國發展業務的過程中遇到哪些挑戰？

Dustin：我是10年前第一次來到中國，最近這3年來的越來越多，因為中國的土木市場BIM應用發展的越來越快。

至于挑戰，不同的地區對于交付條件有不同的要求，當我們和不同城市、不同行業合作的時候，所面臨的挑戰也各不相同。這不是說這樣的工作有多復雜，這是進入某個特別的市場必須要解決的問題。對于我而言，這就是我們要做的工作。

問：為著更遠大的前程，Bentley如何與伙伴合作？

Dustin：我們盡自己的最大努力來拓展市場，提供平臺和軟件開發工具包，同時，鼓勵第三方合作伙伴基于我們的平臺開發產品，這一點非常重要，這樣可以鼓勵人們在我們的產品基礎之上開發新的軟件，這些軟件在我們的體系內部可以進行分銷。

作為一個全球性的軟件供應商，有時我們不能識別一些本土化需求，這就是我們在這里設立本地團隊與伙伴合作的原因。我們不僅僅是為了開發本地市場，同時還為本地的分銷商和企業開發自有產品提供支持體系，幫助他們走的更快、更遠，這比我們自己來開發所有的軟件更加重要。

問：未來10年，BIM技術將如何改變中國和世界？

Dustin：我相信城市化的進程將會進一步加快，世界各地的農村人口都會繼續從農村向城市地區集中。中國可能會是城市化最快的國家，因為中國政府一直在為城市化做相應的準備。

未來10年，一些地區的人口預計增長率為40%，而這些地區的基礎設施很多都是200年前興建的。比如，改造老舊的和建設新的基礎設施需要600億美元，但根據大多數政府的估算，他們只能提供250億美元來做這件事，這就造成了一個高達350億美元的資金缺口。面對這么大的資金缺口，各國政府唯一的選擇就是如何運用最先進的技術大幅提高工作效率、降低成本。而BIM技術正是得到驗證的解決方案之一。

以三維正向設計，走向星辰大海

Dustin快人快語，充滿激情地敘說那些BIM向前進的故事和方案，從10年前第一次出差來到中國看見這兒的機會，到對未來10年城市化發展和BIM應用都充滿了信心和期待。同樣地，我們的國家、我們的行業也在正向向前。憑借著高瞻遠矚的戰略和創新技術的優勢，我們有理由通達理想中的星辰大海。