基于需求导向的公路设计数字化改革

　　一、引言

　　在数字化浪潮的推动下，公路工程设计正面临着前所未有的转型机遇。财政部与交通运输部共同发布的《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》为这一变革提供了明确的政策导向和资金支持。本报告旨在通过总结数字化改革在公路设计中的实际应用案例，探讨数字化技术赋能公路设计的解决方案。

　　二、行业现状分析

　　当前，公路工程正向设计尚处于探索阶段。正向设计的实施对工程背景、设计人员能力、软硬设施等诸多条件要求过高、局限过多，目前可落地的正向设计公路工程寥寥无几，不具备推广价值。

　　设计单位做的施工图BIM仅仅用于设计交付，向施工阶段做传递。对设计单位自身应用价值低。而且设计单位对施工阶段BIM的应用需求、工作单元划分、模型精细度把控等均存在误区，常导致设计单位完成的施工图BIM，在施工阶段应用价值极低，甚至需要重新建模。

　　美国HOK建筑师事务所总裁帕特里克·麦克利米提出著名的麦克利米曲线图表明，项目80%的成本和功能在设计的方案阶段就已确定。在全过程正向设计与施工图BIM均难以落地的环境下，应该将设计数字化改革专注于方案阶段，从而提高对成本和功能的控制能力，将数字化转型落到实处。

　　三、改革方案

　　从设计的实际需求出发，采取传统二维设计与数字化技术相结合的方式，推进设计方案阶段的数字化转型，无需常规设计人员做大量的学习与思维转型，更易于落地推进。

　　专注于方案设计的数字化改革，是将低成本的倾斜摄影技术和方案BIM快速建模技术结合，成果集合到高渲染的数字孪生可视化系统，为工程高质量决策提供可视化参考依据。

　　四、改革依据

　　1.设计数字化改革的关键需求在方案阶段

　　传统的二维设计方式不够直观，各专业单独设计，相互专业间配合度低，容易产生碰撞问题。将数字化技术应用到方案阶段，从项建、工可到初设依据每一版图纸创建并更新BIM模型，集合各专业设计成果及实景三维模型，随时发现设计问题，设计质量的提升效果显著。因此，设计数字化改革的关键需求在方案阶段。作为设计主体，专注于方案BIM的应用价值更大。

　　2.数字化改革的关键技术

　　2.1低成本倾斜摄影技术

　　在设计周期内满足方案展示应用的前提下，通过优化的倾斜摄影内业分析技术，缩减无人机外业工作量及技术难度。经过180余平方千米的生产验证，倾斜摄影成本降低了80%以上，同时替代了约95%的外业调查工作量，还使得征迁分析内业化成为可能。

　　2.2方案BIM快速建模技术

　　传统BIM翻模需要依据详细的设计图纸，而在方案阶段所产生的数据深度不够，不足以支撑BIM建模。具备专业背景的BIM工程师以正向设计的理念，通过常规设计师提供的方案设计数据来理解设计意图，并做深化补充，同时完成方案BIM翻模，清晰表达设计意图，不额外增加常规设计师的工作量。建模过程中，以表达设计意图为目标，确定模型精细度和应用方式，有效提升建模效率。方案BIM快速建模技术，能够跟得上常规设计的节奏。2023年，5人团队支撑了总造价约500亿的十余个国省道项目，每次汇报都有最新的BIM及数字化场景呈现，没有拖延项目进度，具备实用可操作性。

　　2.3数字孪生可视化系统

　　投资不超过50万元，完成的数字孪生可视化系统，将倾斜摄影成果与方案BIM模型结合，快速搭建真实比例的项目建成场景。还能按设计标准，添加灯光、绿化、车流等。通过系统开发，在三维动态汇报基础上添加特有需求，比如同屏比选功能、动态剖切功能、远程鼠标功能、光影变换功能、实时测量功能等。实时渲染，节省时间，高效输出足以“以假乱真”的虚拟仿真场景。在保证适应传统设计周期的前提下，满足方案成果展示的需求。BIM与周边环境结合，动态模拟项目建成后效果，“未建先试”，以任意角度观察方案细节，不仅展示方案优点，同时也让缺陷无所遁形，提高了方案决策的精准度。使项目决策者能够在短时间内深度掌控项目，节省评审时间。

　　低成本倾斜摄影技术、方案BIM快速建模技术、数字孪生可视化系统三者结合，有效解决了数字化效率问题，夯实了数字化应用基础。可视化征迁分析、BIM多专业协同设计、高仿真三维动态汇报等“小切口”应用场景，应用成本低、成效显著，且具备普适性、可复制性，已成功应用到近20个国省道大项目中。各应用场景能“用得上、用得起、用得好”，符合当前公路设计模式的适应性转变需求，能够以较小的资金和资源投入实现了公路设计服务水平的有效提升。

　　五、项目案例

　　胶即快速通道工程，全长48公里，涉及多个互通、隧道、下穿节点，设计难度大，多专业协同复杂。利用正向理念的BIM快速建模技术，项目团队能够紧跟设计周期，完成了全线48公里的初设BIM模型，实现每次汇报均有最新BIM模型用于方案展示汇报，不仅减少了制作汇报材料的时间，更是提高了方案决策精准度。利用升级优化的倾斜摄影技术，项目倾斜摄影面积超36平方千米，经过生产验证，所生成的实景三维模型完全能够满足公路工程方案设计阶段需求，且实际生产成本不足传统模式的1/10。

　　胶即快速通道工程

　　李村河互通G匝道拓宽改造工程，将现状路的实景三维模型与加宽段的BIM模型结合，全方位展现拓宽后的道路与周边环境建成效果。通过对现状管线及迁改管线建模，项目团队及时发现十余处管道碰撞问题。这些发现有效降低了未来施工过程中可能出现的冲突和延误，体现了数字化技术在工程决策中的巨大价值。

　　六、改革成效分析

　　1.数据精确助力决策精准

　　基于BIM技术，依据方案设计的平面、立面和剖面数据，实现了精确的1:1比例建模，确保了BIM模型与设计意图的高度吻合。这种精确建模使得设计团队和业主能够及时发现并解决潜在问题，同时也为决策者提供了任意视角项目场景。因此，决策者能够基于高度可信的数据做出更加精准的决策，确保项目的顺利实施。

　　2.高清渲染增强决策洞察力

　　系统提供的渲染效果高度逼真，精确展现了项目完工后的实际环境融合效果，为决策者带来身临其境的视觉体验。这种直观的展示不仅帮助决策者全面理解项目，还能在评估项目可行性和影响时，提供更为精准的视觉辅助，从而做出更加明智和周全的决策。

　　3.数据驱动提升决策效率

　　通过可视化系统，决策者可以体验到三维动态的项目汇报，结合BIM技术与实际环境数据，生动呈现项目未来的完整面貌。这种高效的沟通方式使得决策者能够在短时间内全面理解项目情况，大幅提升决策效率，减少汇报次数达60%以上，并有可能实现方案的即时批准。系统详尽的细节展示，不仅凸显方案的优点，也暴露潜在的不足，使评审专家能够迅速而深入地把握项目全貌，做出更加精准和科学的决策，有效节省评审时间约50%。