随着我国“平安百年品质工程”创建示范活动的持续开展，公路水运行业在新形势下，如何借助数字化手段，加快推进公路水运数字化建设，助力国家综合立*通网布局，已成为交通行业未来发展的重要命题。公路行业数字化应用近些年取得了一定进步，但仍处于初级阶段，没有形成非常成熟的数字化应用体系。公路工程设计存在原始数据采集困难、专业设计难度大、设计交叉和协作困难等问题。数字化设计解决的首要问题是传统二维设计无法实现的设计成果可视化，无法避免的错、漏、碰、缺等设计失误以及设计信息在跨阶段提取与传导过程中的丢失与失真。
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，清楚表明方案设计阶段的重要性。一个项目80%的成本和功能在方案设计阶段就已确定，应该将设计主要工作内容提前至方案设计阶段，从而可以提高对成本和功能的控制能力。2018 年交通运输部办公厅印发了《平安百年品质工程”建设研究推进方案》(交办安监 [2018]147号)，对工程建设高质量设计提出了更高的要求。为了推动交通运输基础设施高质量发展，青岛市交通科学研究院搭建了以BIM技术为核心的高质感方案协同汇报系统。解决方案设计阶段汇报效率低、可视化程度低、多专业协同困难、异地沟通不便等问题，为提升工程建设质量，促进方案决策科学性，推动交通数字化转型奠定基础。
一、高效数据生产 夯实应用基础
在交通设计过程中，数据是设计创作的基础，起着核心和关键作用，是实现数字化方案创作的基础。
1. 低成本现场数据采集
传统外业调查，一般通过照片、视频、手绘等方式表达现场实际情况，该方式采集时间长，工作量大，容易出错。很多软件公司开发“外业调查资料管理系统”辅助设计前期勘察工作。随着无人机的普及，优化倾斜摄影工作流程，在设计周期内满足方案展示应用的前提下，探索成功了低成本无人机倾斜摄影路线。某项目，全长37千米。采用小型无人机外业委托方式，5天采集20平方千米 倾斜摄影照片。通过工作电脑搭建计算集群，利用工作间隙和闲置算力完成内业分析，生成36GB 的实景三维模型。对外消费成本不足常规生产成本的1/10。
低成本无人机倾斜摄影具有低成本、高效率、高精度的特点，使得倾斜摄影替代项目现场调查工作成为现实。该技术为设计人员省去大量外业记录、内业整理的繁琐工作，在电脑上“看现场”，而且能够鸟瞰视角统揽全貌。提升了项目现状采集的准确性、实用性。
2. 高效率方案BIM建模
BIM建模，一般包括正向设计和翻模两种模式。正向设计是最优的方案阶段BIM生产方式。脑中所思，目中所见全部是三维形象。所谓的“错、漏、碰、缺”，在设计过程中一目了然，不可能再留到施工图阶段去检查。能极大提高效率，降低设计师的劳动强度。同时，还能缩短新员工成长时间，通过BIM建模中的大量试错来替代传统的设计经验增长。在土董路互通项目中，主线均为曲线，且地势高差大，周边有高压线、村庄等限制条件。在如此复杂的现场环境条件下，利用BIM正向设计技术，仅用时7h，就完成了方案创作初稿。
翻模也是现阶段常用的BIM生产流程。常规设计过程中，方案策划阶段的设计，产生的数据深度不够，需要大量经验来预估，才能保证设计方案的可行性。这种低质量的数据无法支持BIM建模。有必要采用正向设计理念，为方案数据做适当修补。利用设计师提供的简单的道路平、纵、横设计数据，BIM工程师能够清楚理解方案，以此为依据做深化设计，补充数据，同时完成方案BIM。
这种方法无需做方案策划与思考， 能够最大限度地提高BIM工作者的服务效率。实际生产过程中，在正常设计周期内，仅4人团队即完成了造价300多亿的“蓝谷至胶东国际机场快速通道工程”的全线初设BIM模型，没有拖延设计周期；当前，正在以5人的团队力量，同时服务10个国省道大项目的数字化应用，总计建安费预估接近500亿元，也能够紧跟设计汇报节奏，未发生因BIM翻模造成的设计延误。
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。不仅减少了制作汇报材料(PPT)的时间，更是提高了方案决策精准度。以方案展示需求为导向，确定模型精度和应用方式，建立设计BIM应用标准。通过工作集或工作空间方式，制定协同设计流程，合理分段，原生轻量化减小模型文件。充分发挥电脑性能，大幅缩短模型创建周期。
二、动态场景仿真 提高设计质量
为解决数字化场景体量大，汇报展示对电脑性能要求高，BIM 数据格式繁多等问题，基于高效生产的数据，搭建高质感方案协同汇报系统，进行场景虚拟现实仿真模拟，“未建先试”。利用游戏引擎高渲染优点，融合二维数据、BIM 、GIS、灯光、绿化和实景三维数据，完成可视化征拆分析、多专业协同设计、三维动态汇报等应用。
1. 可视化征拆分析
常规模式下，呈现在业主和设计师面前的征迁资料，往往都是成千上万的数字和文字等数据信息，难以对征迁工作量及难易程度有直观的认知。采用BIM GIS 实景三维技术融合手段，实现可视化征拆分析，以鸟瞰视角清晰观察项目与周边建筑物的空间关系。
通过搭建的高质感协同汇报系统，及时融合倾斜摄影和方案BIM，能够快速准确地反映项目周边预拆迁建筑物类型、面积及密集程度，一眼看去，立刻便有清晰的感观认识，便于掌握分析征迁工作推进的难易程度。可以在汇报系统中实时测量建筑物的高度、宽度、面积及体积，对征迁进行准确计量，减少部分现场统计的工作量，加快征迁工作的顺利进行。
2. 多专业协同设计
方案策划阶段，需要多专业协同推进。将来自不同方面的数据整合在“高质感方案协同汇报系统”中，实现了专业内、专业间的数据交流以及全生命周期中信息最大化共享与转换，提高了多专业协同设计效率和沟通效率。
疫情期间针对李村河互通 G 匝道拓宽改造工程项目，管线纵横交错，涉及权属单位多、管理协调困难、异地交流不便等问题。基于协同汇报系统进行多专业管线协同设计，对各专业管道分别建立BIM模型，并为管道添加不同颜色属性，能够形象直观地表达现有管线与新建管线、同一专业、不同专业间的相对位置关系。该协同设计模式能够满足常规项目汇报节奏， 提前发现不同专业间的问题。一方操作，多方实时观看，解决语音描述有误、协调困难等问题，实现高效率的交互与协同工作。
3. 高仿真三维动态汇报
利用 BIM GIS 实景三维技术，从微观角度，由 BIM模型反映工程结构单体信息；从宏观角度，由 GIS 与实景三维模型提供 地理环境信息，反映周边环境和 地形等，三者互为补充。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。快速搭建三维仿真场景，利用高算力云渲染技术，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。
同时，还能通过三维可视化和模拟性来辅助BIM 评审。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。
三、集成项目应用 加快数字化落地
1.激发工程各方人员数字化兴趣
以高效数据生产为前提，动态仿真模拟为手段，集成项目应用为成果，完成高质量场景输出。方案协同汇报系统提供网址链接，利用浏览器呈现场景。该方式对汇报电脑配置要求低，无需安装任何插件， 瞬时启动，即可显示照片级画面。同时支持手机移动端 随时随地浏览，便捷高效地展示所有项目建成后效果，也能充分表达项目与周边环境的逻辑关系。
高效率低成本的数据生产和动态逼真的设计成果，能够激发工程各参与方对数字化的兴趣，推动数字化落地。自“高质感方案协同汇报系统”建成以来，受到设 计、施工、建设等各方面的认同，在培育BIM 生态，促进数字化落地方面迈出坚实一步。
2. 打造交通数字孪生底座
将各项目的设计数据集成上传至方案协同汇报系统，以BIM模型为信息载体，实景三维模型为支撑，卫星影像为底图，快速整合场景，呈现设计成果。截至目前，已有10 余个国省道项目上传至该系统，基本形成 “院内设计项目一张图”。该系统通用性强且具备高扩展性，可广泛用于房建工程、市政 工程、路桥工程等。能够承载海量数据，支持数据丰富，渲染效果逼真。
高质感方案协同汇报系统集成各设计项目的同时，可以保存、记录项目各阶段推进成果；利用游戏引擎实现场景仿真；精确反映设计思维，未建先试呈献项目建成后的效果。在设计阶段，基本做到了“高度还原历史，高度模拟现实，高度预测未来”，为整个公路建设的“数字孪生”，打好了坚实的数据底座。
目前，交通工程建设正处于提质升级的转折时期，结合高效率低成本的设计数据，通过搭建方案汇报系统，发挥BIM GIS 的最佳应用价值。为加快行业数字化落地， 提供一套轻量化、低成本、易接受的解决方案。
在公路全生命周期数字化应用难以短时间突破贯通的情况下，我们不做大而全，而是专注于“方案决策”这一设计阶段最重要的应用点，从最容易让各参与方接受的可视化决策角度出发，以快速、方便、真实的手段，利用高渲染的数字化场景营造出项目建成后的电影级效果，使得公路工程方案决策的科学性、精准性都有了较大的提升。低成本、高效率、边投资、边收回、良性循环，同时能够培育数字化生态，推动 公路工程数字化尽快落地。
以创作的理念做设计，以BIM 的方式做创作，以灵活的思维做BIM。这是我们一以贯之的宗旨。未来将持续坚持深度挖掘BIM 技术在交通行业的价值潜力，充分发挥国有企业在新一轮科技革命和产业变革浪潮中的引领作用，为实现公路全周期全要素数字化转型，提高公路建设品质而不懈努力。
