实现三维正向设计——对话Bentley系统土木设计产品副总裁Dustin Parkman

Bentley系统土木设计产品副总裁Dustin Parkman

在红遍中国的《三体》小说中，当人类阵容庞大的宇宙舰队对决三体的时候，人类与三体科技差距的硬伤让水滴分分钟秒杀人类宇宙舰队。虽然三体只是人类对未来科技的畅想，但不容置疑的是，人类有史以来的竞争无不是基于科技之上。谁主导了科技进步，谁就能立于不败之地。

而在基础设施领域，随着实景建模、连续性勘测、三维建模等一系列新技术的出现及其应用的成熟，三维正向设计成为高效的选择，诸多大院正在积极探索并取得了相关成果。对此，笔者对话具有十余年BIM实践经验的Bentley系统土木设计产品副总裁Dustin Parkman，听他讲述BIM热点以及在中外的成功实践。

梅观高速：三维正向设计的中国探索

素有“深圳中轴线”之称的梅观高速成为中国大交通行业探索三维正向设计的样板。而在欧美许多国家已经制定政策全面推动三维正向设计，因为它是当下城市化发展的关键解决方案之一。

问：在中国，我时常听到BIM就是“翻模”，不知在国外是否也有这种现象？

Dustin：在世界各地，很长一段时间大家都是通过“翻模”来实现BIM应用。但大家都有这样一个共识，三维正向设计是BIM的终极目标。相对于传统二维设计，三维正向设计将逐步占有更大的市场。

在过去的五年中，美国联邦财政拨款到各州以3D设计建模标准替代基于2D的标准。整个欧洲尤其是斯堪的纳维亚地区，也在推进这样的工作流程。各国政府最终都会向新技术、新流程看齐。3D设计建模不仅能节约巨大的资金和人力物力，而且能解决现在城市化进程中难以解决的问题。中国的许多大院已经在三维正向设计方面进行了积极探索，而深圳的梅观高速就是这一探索的样本，我们的解决方案助力项目在半年时间将持续七八年的方案设计阶段快速推动到初步设计阶段，堪称一个里程碑。

问：能否详细介绍一下梅观高速在三维正向设计方面的探索。

Dustin：梅观高速市政改造项目要求将原有高速公路改扩建为城市快速路的主路，不仅要建成一道漂亮养眼的城市风景线，也要在两侧新建城市快速路的辅路及道路配套系统，并要求考虑该轨道交通设施对于社区和环境的影响，整个系统庞大而复杂。

梅观高速全长19.3公里，总投资达94亿人民币，共设互通式立交8处、桥梁37座、综合管廊总长约17.6公里，同时项目所处地区公路网密集、车流量大、设计周期短，这些都给项目设计带来了相当大的挑战，如果用传统的勘测和设计方式，项目很难在规定的时间内交付。这也是多年来许多问题悬而未决的原因。

问：梅观高速采用的BIM设计解决方案包括哪些？

Dustin：负责该项目的中交第一公路勘察设计研究院有限公司 （简称“中交一公院”）通过运用实景建模技术与OpenRoads道路设计系列软件创建了全线地面实景模型、三维地质模型和地下管线模型，快速构建了虚拟的三维数字环境，然后在该环境中完成了道路、桥梁、综合管廊设计。同时，基于OpenRoads Designer进行了二次开发，快速创建和批量布置了复杂桥梁结构和综合管廊复杂节点模型。最后，利用LumenRT对集成的模型进行了道路方案景观方案设计、交通导改方案以及整体项目方案的比选和优化。

深圳梅观高速公路清湖南段市政道路工程

这一解决方案充分利用发掘了3D模型的可视化和数据化价值，简化了设计流程，大大提升了设计质量和效率，降低了项目成本。比原计划的9个月交付时间提前了43天，节约了成本 220 万元人民币，节省了计划设计修改工作量约120 天、初步设计审查时间约60 天、管道设计错误检查时间约150天。

问：可以说三维正向设计是一个“节约型”设计，具体来看，它的节约体现在哪些方面？

Dustin：过去人们对“节约”的理解仅仅限于与设计相关的节约，这是很片面的。真正为设计模式带来变革动力的是施工和运维阶段，因为正向工作流会在这些方面节约大量资金。从施工的角度而言，施工阶段的费用所占整个项目资金超过90%，节约10%的施工资金远比在设计阶段节约20%、30%的资金要多得多。

目前在美国市场，正是铁路和公路系统的施工和下游运营维护驱动了工程师改变他们的可交付条件。他们发现BIM交付条件为施工下游单位的运营维护提供了很多有用的信息。所以这才是真正的驱动力量，并且会改变整个产业链。

问：是否可以认为BIM应用是牵一发而动全身？

Dustin：我一直在思考土木工程项目的结构在发生什么样的改变。项目涉及不同领域，有设计团队、施工团队、运营团队、维护团队，而这些团队并不会见面、也很少交流，在每个阶段，他们会输入相关的可交付信息，并按照既定的流程工作。当前至少在大多数地方，这种合作方式都发生了很大变化，比如施工承包商在项目更早阶段就开始参与，包括规划和设计后的工作。这些不同的团队中有更多的交流活动，共同致力于如何更高效率、更低成本完成项目，保障正常运营，为公众和企业减少额外负担。这需要在早期进行更多的整合、交流。

在交付之前，设计师可以按照自己的想法轻松更改模型，每一次更改，模型会自动更新相应数据，省却了大量重复绘图时间，这有助于他们在限定的时间内为业主提供最优秀、最具创意的设计作品。而施工方也可以通过输入实时施工数据，随时跟踪、监控项目进度，同时还可以通过预先碰撞检测将错误率和返工率控制到最小。在项目交付后，3D模型中的所有数据都移交给运维方，为后期运维以及延长资产的寿命周期提供了宝贵的信息资源。

BIM赋能：实景建模等已成三维正向设计技术新庄家

实景建模、连续性勘测以及综合建模环境的行业解决方案等新技术与新模式正在成为BIM技术圈的新庄家，使得三维正向设计成为可行、高效的选择。而对新技术的选择也攸关三维正向设计的成败。

问：哪些新技术使得三维正向设计变得切实可行？

Dustin：实景建模、连续性勘测、综合建模环境的行业解决方案等新技术正在成为BIM技术圈的新庄家。比如说，实景建模对于复杂环境把不可能变成可能。它不仅大量简化了复杂的工作，在获取数据方面简单易行，而且大大削减了成本，实现保真的信息和丰富的环境。在美国和澳大利亚等国家，连续性勘测也在作出杰出的贡献，比如使用它来监测土建工程每天的进度，确保是否与我们土建的计划进度保持一致。

问：能否介绍一下连续性勘测的作用和操作？

Dustin：在初期的勘测数据采集阶段以及在施工阶段都可以使用连续性勘测。施工阶段连续性勘测很重要，因为每天施工的进程都在变化，比如混凝土、钢筋、安装等等。很多不同的团队做着不同的工作，很多事情都在发生不同的变化；要想每一次都完全测量一个区域是不切实际的，而连续性勘测成为更好的解决方案。比如我在砌一个挡土墙，我知道自己不能在某个特定的时间完成，就用一个轻型的手持扫描仪把目前的状态扫描下来，为下一步其他工作做准备，随后不断地把各个小部分的勘测集中在一起并组合起来，最终形成一个完整的模型，这就是连续性勘测的工作方式。

问：在概念与深化设计产品方面有哪些最新发展？

Dustin：比如在梅观高速这样的项目，传统方式下通常需要使用六七种不同的产品来完成概念设计和深化设计以达到可交付条件。但采用OpenRoad所有的设计内容都可以实现，其中有内嵌的排水管设计模块、公路设计模块、混凝土设计模块等等，把地表岩土工程和隧道接口等设计一起实现。

另外，中交水运规划设计院在天津宝坻的一个EPC项目，结合应用OpenRoad Designer、ProjectWise、Navigator、 LumenRT 等工具助推了设计施工一体化进程。

在中国市场，自从我们三年前引进了实景建模技术之后，短期内就取得了丰硕的成果。我们于不久前刚刚发布了OpenRail Designer，这款产品与之前发布的OpenRoads Designer是并行产品；我们近期还推出了OpenBridge Designer。这三款产品是专门为道路交通行业打造的旗舰产品，既有相同的土木结构基因，又各具特色。这些产品都是属于提供综合建模环境的CONNECT版本，规划、设计、施工以及后期的维护部门都将在其中找到自己的角色并在权限范围内共享项目数据。

未来10年：三维正向设计踩着城市化发展的节奏

从10年前第一次来到中国，到最近3年频繁造访，Dustin的到来也体现了BIM在土木行业发展的节奏。

问：您是哪一年来到中国，在中国发展业务的过程中遇到哪些挑战？

Dustin：我是10年前第一次来到中国，最近这3年来的越来越多，因为中国的土木市场BIM应用发展的越来越快。

至于挑战，不同的地区对于交付条件有不同的要求，当我们和不同城市、不同行业合作的时候，所面临的挑战也各不相同。这不是说这样的工作有多复杂，这是进入某个特别的市场必须要解决的问题。对于我而言，这就是我们要做的工作。

问：为着更远大的前程，Bentley如何与伙伴合作？

Dustin：我们尽自己的最大努力来拓展市场，提供平台和软件开发工具包，同时，鼓励第三方合作伙伴基于我们的平台开发产品，这一点非常重要，这样可以鼓励人们在我们的产品基础之上开发新的软件，这些软件在我们的体系内部可以进行分销。

作为一个全球性的软件供应商，有时我们不能识别一些本土化需求，这就是我们在这里设立本地团队与伙伴合作的原因。我们不仅仅是为了开发本地市场，同时还为本地的分销商和企业开发自有产品提供支持体系，帮助他们走的更快、更远，这比我们自己来开发所有的软件更加重要。

问：未来10年，BIM技术将如何改变中国和世界？

Dustin：我相信城市化的进程将会进一步加快，世界各地的农村人口都会继续从农村向城市地区集中。中国可能会是城市化最快的国家，因为中国政府一直在为城市化做相应的准备。

未来10年，一些地区的人口预计增长率为40%，而这些地区的基础设施很多都是200年前兴建的。比如，改造老旧的和建设新的基础设施需要600亿美元，但根据大多数政府的估算，他们只能提供250亿美元来做这件事，这就造成了一个高达350亿美元的资金缺口。面对这么大的资金缺口，各国政府唯一的选择就是如何运用最先进的技术大幅提高工作效率、降低成本。而BIM技术正是得到验证的解决方案之一。

以三维正向设计，走向星辰大海

Dustin快人快语，充满激情地叙说那些BIM向前进的故事和方案，从10年前第一次出差来到中国看见这儿的机会，到对未来10年城市化发展和BIM应用都充满了信心和期待。同样地，我们的国家、我们的行业也在正向向前。凭借着高瞻远瞩的战略和创新技术的优势，我们有理由通达理想中的星辰大海。