科技制造是利用現(xiàn)代科技手段把原材料加工成適用的產(chǎn)品，或?qū)⒃牧霞庸こ善魑锏纳a(chǎn)活動，信息化時代，設(shè)計企業(yè)亟待實施“科技制造”戰(zhàn)略，屬于各制造業(yè)生產(chǎn)活動的范疇。本文所指交通設(shè)計企業(yè)的“科技制造”，主要是指結(jié)合交通設(shè)計行業(yè)的特點，研發(fā)并使用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM軟件平臺，參數(shù)化地、自動化地完成設(shè)計工作的生產(chǎn)活動。

　　我國高速公路發(fā)展30余年來，交通設(shè)計企業(yè)完成了從米格紙手工繪圖到計算機二維制圖的變革，現(xiàn)今又迎來了三維數(shù)字信息化時代的挑戰(zhàn)。2019年《交通強國建設(shè)綱要》發(fā)布后，面臨新發(fā)展、新機遇、新挑戰(zhàn)，如何在未來更高質(zhì)高效地做好國省干線公路設(shè)計工作、維系生存發(fā)展，是擺在交通設(shè)計企業(yè)面前的重要課題之一。筆者認(rèn)為，交通設(shè)計企業(yè)完全有必要、有能力實現(xiàn)相應(yīng)平臺的開發(fā)搭建，實施科技制造，快速服務(wù)生產(chǎn)。

　　交通設(shè)計企業(yè)科技制造概念的提出

　　隨著信息化時代的來臨與演進，2017年至今，國家從戰(zhàn)略層面上要求設(shè)計企業(yè)盡快實現(xiàn)BIM設(shè)計輸出工作。2017年，交通運輸部下發(fā)《關(guān)于推進公路水運工程應(yīng)用BIM技術(shù)的指導(dǎo)意見》后，諸多企業(yè)已成立了BIM應(yīng)用研究部門，開始使用國際主流BIM軟件平臺進行設(shè)計探索與實踐。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展與普及，交通設(shè)計企業(yè)逐漸認(rèn)識到：信息化模型將會對交通設(shè)計質(zhì)量與效率的提升發(fā)揮重要的推動作用。

　　調(diào)研發(fā)現(xiàn)，通過使用市場現(xiàn)有軟件平臺真正實現(xiàn)全員BIM輸出和管理，其可行性有待商榷。因此，交通設(shè)計企業(yè)應(yīng)效仿工業(yè)企業(yè)，從“科技制造”角度出發(fā)，推動企業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展。有能力的設(shè)計企業(yè)應(yīng)抓住當(dāng)前BIM正向設(shè)計的根本，建立企業(yè)內(nèi)部共享的“標(biāo)準(zhǔn)化”資源，開展軟件開發(fā)工作，使構(gòu)造物基本單元成為企業(yè)內(nèi)在的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品庫，通過后臺管理維護供前端生產(chǎn)直接參數(shù)化調(diào)用，完成“工業(yè)產(chǎn)品”的制造拼裝，提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

　　交通設(shè)計企業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)展現(xiàn)狀

　　歷史發(fā)展

　　計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)被引入之前，交通設(shè)計行業(yè)的生產(chǎn)工具以水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、計算器、圖板、米格紙、直尺、彎尺、圓規(guī)、鉛筆、橡皮等為主，圖紙采取手繪的方式，設(shè)計稿定型后，經(jīng)描圖、曬圖，裝訂成冊，交付使用。高速公路發(fā)展初期，由于技術(shù)經(jīng)驗的不足，落后的生產(chǎn)力使得一條50公里左右的高速公路設(shè)計工作往往需要舉全設(shè)計院之力，連續(xù)奮戰(zhàn)近一年時間才能完成。這種“刀耕火種”的生產(chǎn)方式科技含量不足、總體效率低下，通用的設(shè)計成果難以被反復(fù)利用。據(jù)統(tǒng)計，這種現(xiàn)狀一直延續(xù)到20世紀(jì)末，才有了較大的改觀。

　　當(dāng)前現(xiàn)狀

　　自上世紀(jì)末，隨著個人計算機(PC)的發(fā)展與普及，計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，工具的革新使得設(shè)計師從繁重的手繪體力勞動中解放出來，設(shè)計師與繪圖員的身份角色被區(qū)分開來，設(shè)計師將更多的精力投放到整體方案、結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計細(xì)節(jié)等工作中，通用的設(shè)計成果得到了電子化保存，實現(xiàn)了反復(fù)調(diào)用，整個設(shè)計行業(yè)的效率得到大大提高，高速公路設(shè)計周期縮短，質(zhì)量得以提升。在新的生產(chǎn)工具的幫助下，從上世紀(jì)末開始，設(shè)計院單個生產(chǎn)部門每年可承接的高速公路設(shè)計項目增至1至2個。

　　勘察設(shè)計行業(yè)BIM軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　交通土建行業(yè)期待BIM技術(shù)給生產(chǎn)力發(fā)展帶來二次革命，產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。目前，比較常用的、占市場份額較大的BIM應(yīng)用軟件商主要包括以下3家：美國的歐特克(Autodesk)、美國的奔特利(Bentley)和法國的達索 (Dassault)。

　　歐特克公司的公路BIM典型解決方案以Revit、Civil 3D、Inventor、Infraworks為專業(yè)設(shè)計軟件，以Navisworks為后期整合軟件。Civil 3D軟件在傳統(tǒng)AutoCAD的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)字地面模型、管道設(shè)計、道路設(shè)計、邊坡與壩體設(shè)計等面向土木工程輔助設(shè)計的功能。

　　奔特利公司的公路BIM典型解決方案以MicroStation、ProjectWise、OpenRoads Designer、OpenBridge Designer、ProStructures為專業(yè)設(shè)計軟件，以Navigator為后期整合軟件。由于支持帶狀結(jié)構(gòu)和體量較大項目，目前在交通行業(yè)的應(yīng)用較為廣泛。

　　達索公司的BIM典型解決方案以Catia、Enovia、Simulia為專業(yè)設(shè)計軟件，以Delmia為后期整合軟件。核心軟件Catia開發(fā)與應(yīng)用最初主要針對的是飛行器設(shè)計制造，近年來，該公司根據(jù)市場發(fā)展的需要，也逐步向土木工程行業(yè)拓展及發(fā)展。

　　近年來，設(shè)計企業(yè)大多借助上述3家軟件商提供的服務(wù)，即常提到的A、B、D三大平臺，大力推進適合本領(lǐng)域的BIM應(yīng)用和研發(fā)。

　　現(xiàn)階段交通設(shè)計企業(yè)面臨的問題

　　設(shè)計企業(yè)的生產(chǎn)力亟待根本性變革

　　CAD時代，設(shè)計人員一切工作在二維環(huán)境下進行，而實際上所有工程對象都在三維空間內(nèi)延伸、變化，二維手段的局限在復(fù)雜地形、地質(zhì)條件下日趨明顯。以橋梁設(shè)計為例，在1:2000地形圖、地形縱面線和橫斷面線上進行孔跨布置，由于地形信息缺乏連續(xù)性，往往不能夠準(zhǔn)確把握設(shè)計限制條件，造成設(shè)計成果的偏差。

　　現(xiàn)行生產(chǎn)方式與甲方嚴(yán)格的質(zhì)量進度要求的矛盾日益凸顯

　　在現(xiàn)有生產(chǎn)方式下，由于單個設(shè)計院的不同生產(chǎn)部門間的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計習(xí)慣、出圖方式和風(fēng)格未能實現(xiàn)有效、完全的統(tǒng)一，對于大量的常規(guī)預(yù)制結(jié)構(gòu)，一線生產(chǎn)人員不得不各自為戰(zhàn)，進行手工的、重復(fù)的CAD作業(yè)，遇到大跨徑的、結(jié)構(gòu)特殊的橋梁或立交區(qū)變寬、小半徑橋梁，往往難以騰出時間和精力進行設(shè)計，客觀上加大了勞務(wù)外包、設(shè)計質(zhì)量的風(fēng)險，同時，也會給設(shè)計企業(yè)自身技術(shù)水平發(fā)展和提高帶來不利的影響。

　　工程信息化的內(nèi)在要求未能得到充分滿足

　　經(jīng)濟的飛速發(fā)展、國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃的不斷調(diào)整進化，給設(shè)計企業(yè)提出了更高的要求。為此，交通土建行業(yè)的BIM服務(wù)商應(yīng)滿足業(yè)主對于道路主體和附屬設(shè)施的整套數(shù)字資產(chǎn)獲取的要求。按照目前市場上BIM軟件開發(fā)和應(yīng)用水平，設(shè)計成果還不能夠快速且充分地以信息化模型的方式向下游產(chǎn)業(yè)鏈傳遞，建設(shè)單位在建、管、養(yǎng)等各階段利用BIM技術(shù)也將成為空談。

　　設(shè)計企業(yè)核心競爭力不夠明顯

　　對于一般設(shè)計企業(yè)而言，雖然能夠在勘察設(shè)計行業(yè)內(nèi)享有一定的知名度，但是與一流設(shè)計企業(yè)相比，其競爭力就會稍顯不足。在BIM設(shè)計時代，如何通過研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高效BIM正向設(shè)計軟件來促使企業(yè)技術(shù)水平和行業(yè)地位的提高，從而大幅提升自身市場競爭力，已經(jīng)變得十分迫切。

　　進口BIM軟件存在諸多問題

　　目前，BIM技術(shù)在交通行業(yè)應(yīng)用的必要性，已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)的一致認(rèn)可，但仍缺乏能夠真正實現(xiàn)BIM正向設(shè)計和電子交付的軟件。目前，各主流軟件公司數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)完全兼容，數(shù)據(jù)傳遞時容易造成大量信息的丟失。建設(shè)單位、施工單位，包括加工企業(yè)都難以直接利用設(shè)計單位輸出的BIM設(shè)計成果。為滿足自身BIM需求，大多情況下企業(yè)仍需重新建模，客觀上造成了資源的大量浪費。

　　由于勘察設(shè)計行業(yè)的產(chǎn)品必須參照并符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)規(guī)范，圖紙產(chǎn)品中含有大量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖及企業(yè)通用圖等?，F(xiàn)有的BIM軟件針對這些標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件并未開發(fā)出有效的工具，在實際設(shè)計中仍需手工建模并拼裝，不僅效率低下，而且精度不足。

　　進口軟件收費高昂，當(dāng)全員BIM設(shè)計時代到來之時，如果依靠進口軟件，中等規(guī)模勘察設(shè)計企業(yè)將面臨著每年幾百萬元甚至上千萬元的軟件費用支出，企業(yè)生產(chǎn)成本將會倍數(shù)級增大。

　　另外，進口BIM軟件還存在下列一些問題：部分進口軟件對于簡單的道路結(jié)構(gòu)物建模尚能勝任，但對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)支持較差;面向公路行業(yè)的預(yù)制件族庫不足;程序運行消耗硬件資源情況嚴(yán)重;出圖不符合公路行業(yè)習(xí)慣與需求;底層代碼不開源，導(dǎo)致對軟件進行二次開發(fā)難度過大等。

　　科技制造實施的可行性和必要性

　　科技制造實施的可行性

　　據(jù)調(diào)查，國內(nèi)工程設(shè)計軟件商的開發(fā)能力已經(jīng)成熟，多家軟件商已掌握自主知識產(chǎn)權(quán)的底層代碼，無需依賴進口軟件的二次開發(fā)，能夠按照設(shè)計企業(yè)自身需求或行業(yè)通用需求，編寫相應(yīng)設(shè)計軟件系統(tǒng)。研發(fā)真正的國產(chǎn)工業(yè)軟件，能夠促使我國工程設(shè)計領(lǐng)域擺脫進口軟件壟斷的束縛，保證地理信息和設(shè)計信息的安全性和設(shè)計成果的可靠性，有利于避免類似中興、華為等事件的再次出現(xiàn)，具有一定的現(xiàn)實意義。

　　科技制造實施的必要性

　　采用科技制造方式，使大量一線人員從繁重的重復(fù)勞動中解放出來，有利于投身**值服務(wù)、減少中間校審環(huán)節(jié)、整體提升設(shè)計品質(zhì)、降低設(shè)計成本。

　　引入BIM技術(shù)后，橋梁上下部結(jié)構(gòu)將在三維環(huán)境下布置，可輕易、多角度地觀察橋梁與地形的關(guān)系，即時生成孔跨方案施工平臺的填挖方情況，幫助設(shè)計人員第一時間判斷橋梁布置的合理性和經(jīng)濟性，設(shè)計紕漏導(dǎo)致的工程變更將在很大程度上得以避免。

　　通過開發(fā)的系統(tǒng)，設(shè)計成果將以傳統(tǒng)二維圖紙和全線三維模型兩種形式提交，而全線三維模型將按照《公路工程信息模型統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(Q/CCCC GL501-2019) 被賦予了豐富的工程信息，方便整套數(shù)字資產(chǎn)的移交，形成“一次工作、兩套成果”的生產(chǎn)方式，有利于促進企業(yè)技術(shù)進步、提高科技含量，進一步打響企業(yè)知名度、發(fā)揮社會效益、提高市場競爭力。

　　科技制造的原理認(rèn)知與實施策略

　　標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化

　　如同輕工業(yè)領(lǐng)域運用自動化設(shè)備進行流水化生產(chǎn)，勘察設(shè)計企業(yè)的科技制造應(yīng)該通過特定的設(shè)計軟件、系統(tǒng)、平臺進行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)件尺寸不應(yīng)固定，應(yīng)為參數(shù)化處理后的可最大程度地滿足最終產(chǎn)品的靈活標(biāo)準(zhǔn)件。

　　根據(jù)我國交通行業(yè)現(xiàn)有知識經(jīng)驗積累以及企業(yè)設(shè)計習(xí)慣形成的常規(guī)結(jié)構(gòu)，應(yīng)在 BIM軟件中完成歸攏和梳理，并進行標(biāo)準(zhǔn)化和參數(shù)化處理，使用時只需遵循實際項目路線資料，填寫必要參數(shù)來實現(xiàn)常規(guī)結(jié)構(gòu)的自動拼裝式建模。開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化的高效BIM正向設(shè)計系統(tǒng)，是破除交通行業(yè)BIM發(fā)展瓶頸的必由之路。

　　BIM正向設(shè)計

　　目前，雖然主流設(shè)計手段還主要以二維設(shè)計為主，但是在BIM設(shè)計時代即將來臨的今天，勘察設(shè)計單位的科技制造系統(tǒng)應(yīng)該是支持BIM正向設(shè)計的系統(tǒng)，這是由我國交通行業(yè)BIM發(fā)展趨勢決定的。在進口軟件難以滿足交通行業(yè)需求的形勢下，從軟件底層開始的自主研發(fā)將成為唯一可行之路。標(biāo)準(zhǔn)件的定制應(yīng)該是集體智慧的結(jié)晶，根據(jù)公路勘察設(shè)計各個專業(yè)現(xiàn)有需求，選擇可以進行標(biāo)準(zhǔn)化處理的構(gòu)件，確定其可以參數(shù)化處理的部分，標(biāo)準(zhǔn)件和參數(shù)化規(guī)則在后臺經(jīng)過嚴(yán)格的“兩校三審”，具體設(shè)計項目采用這些參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件時將可以不再經(jīng)過校審流程，直接使用。

　　中國交通行業(yè)經(jīng)過長期的發(fā)展，已經(jīng)積累了大量成熟的常規(guī)結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各個高速公路建設(shè)項目。這些常規(guī)結(jié)構(gòu)基本上都有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方法，甚至形成了大量通用圖紙，將這些常規(guī)結(jié)構(gòu)參數(shù)化智能設(shè)計直接引入BIM軟件研發(fā)，為設(shè)計人員提供各專業(yè)常規(guī)結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計工具，將有助于真正實現(xiàn)交通行業(yè)BIM正向設(shè)計，迅速提升目前勘察設(shè)計行業(yè)BIM設(shè)計效率及設(shè)計質(zhì)量。

　　自動建模出圖

　　交通設(shè)計企業(yè)科技制造的具體做法是：最大范圍地選取標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計經(jīng)驗或者標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計經(jīng)驗或者構(gòu)件進行參數(shù)化處理，使其更具有普適性。根據(jù)參數(shù)，計算機自動匹配后臺經(jīng)驗庫中相關(guān)組件，調(diào)用并將參數(shù)賦予后臺經(jīng)驗庫或參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件，實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的參數(shù)化自動建模拼裝。同時，搭建常規(guī)結(jié)構(gòu)參數(shù)化通用圖庫，在完成BIM模型設(shè)計時還可以根據(jù)輸入?yún)?shù)調(diào)取通用圖庫，生成常規(guī)結(jié)構(gòu)二維圖紙，做到一鍵成圖。

　　這種標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化的BIM正向設(shè)計模式，將會對傳統(tǒng)的勘察設(shè)計體系帶來前所未有的變革。除傳統(tǒng)設(shè)計、復(fù)核、審核角色之外，將會出現(xiàn)后臺質(zhì)量人的角色。后臺質(zhì)量人負(fù)責(zé)確保常規(guī)構(gòu)件的安全性和合理性，設(shè)計人員只需合理使用常規(guī)結(jié)構(gòu)進行建模出圖工作即可。常規(guī)結(jié)構(gòu)參數(shù)化經(jīng)驗庫或通用圖庫可封裝為成品軟件，供其他勘察設(shè)計單位使用，后臺質(zhì)量人所在單位收取相應(yīng)費用。這種模式將有利于實現(xiàn)勘察設(shè)計單位的科技制造，也是中國交通BIM技術(shù)發(fā)展的正確方向。

　　為實現(xiàn)本文所述的科技制造概念，中國交通勘察設(shè)計行業(yè)需擁有真正獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的BIM正向設(shè)計軟件，這不僅將推動我國BIM技術(shù)本質(zhì)性進步，促使我國交通BIM設(shè)計軟件站上國際舞臺，也將為提升交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計與建設(shè)技術(shù)的國際地位起到極大的推動作用。

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