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。本文所指交通設計企業(yè)的“科技制造”，主要是指結(jié)合交通設計行業(yè)的特點，研發(fā)并使用具有自主知識產(chǎn)權的BIM軟件平臺，參數(shù)化地、自動化地完成設計工作的生產(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計工作、維系生存發(fā)展，是擺在交通設計企業(yè)面前的重要課題之一。筆者認為，交通設計企業(yè)完全有必要、有能力實現(xiàn)相應平臺的開發(fā)搭建，實施科技制造，快速服務生產(chǎn)。

　　交通設計企業(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)略層面上要求設計企業(yè)盡快實現(xiàn)BIM設計輸出工作。2017年，交通運輸部下發(fā)《關于推進公路水運工程應用BIM技術的指導意見》后，諸多企業(yè)已成立了BIM應用研究部門，開始使用國際主流BIM軟件平臺進行設計探索與實踐。隨著BIM技術的發(fā)展與普及，交通設計企業(yè)逐漸認識到：信息化模型將會對交通設計質(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，交通設計企業(yè)應效仿工業(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。有能力的設計企業(yè)應抓住當前BIM正向設計的根本，建立企業(yè)內(nèi)部共享的“標準化”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)在的標準化產(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

　　計算機輔助設計(CAD)技術被引入之前，交通設計行業(yè)的生產(chǎn)工具以水準儀、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計工作往往需要舉全設計院之力，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，通用的設計成果難以被反復利用。據(jù)統(tǒng)計，這種現(xiàn)狀一直延續(xù)到20世紀末，才有了較大的改觀。

　　當前現(xiàn)狀

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

　　勘察設計行業(yè)BIM軟件的應用現(xiàn)狀

　　交通土建行業(yè)期待BIM技術給生產(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)設計軟件，以Navisworks為后期整合軟件。Civil 3D軟件在傳統(tǒng)AutoCAD的基礎上，增加了數(shù)字地面模型、管道設計、道路設計、邊坡與壩體設計等面向土木工程輔助設計的功能。

　　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)設計軟件，以Delmia為后期整合軟件。核心軟件Catia開發(fā)與應用最初主要針對的是飛行器設計制造，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，設計企業(yè)大多借助上述3家軟件商提供的服務，即常提到的A、B、D三大平臺，大力推進適合本領域的BIM應用和研發(fā)。

　　現(xiàn)階段交通設計企業(yè)面臨的問題

　　設計企業(yè)的生產(chǎn)力亟待根本性變革

　　CAD時代，設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雜地形、地質(zhì)條件下日趨明顯。以橋梁設計為例，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，往往不能夠準確把握設計限制條件，造成設計成果的偏差。

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

　　在現(xiàn)有生產(chǎn)方式下，由于單個設計院的不同生產(chǎn)部門間的設計標準、設計習慣、出圖方式和風格未能實現(xiàn)有效、完全的統(tǒng)一，對于大量的常規(guī)預制結(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計，客觀上加大了勞務外包、設計質(zhì)量的風險，同時，也會給設計企業(yè)自身技術水平發(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服務商應滿足業(yè)主對于道路主體和附屬設施的整套數(shù)字資產(chǎn)獲取的要求。按照目前市場上BIM軟件開發(fā)和應用水平，設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，建設單位在建、管、養(yǎng)等各階段利用BIM技術也將成為空談。

　　設計企業(yè)核心競爭力不夠明顯

　　對于一般設計企業(yè)而言，雖然能夠在勘察設計行業(yè)內(nèi)享有一定的知名度，但是與一流設計企業(yè)相比，其競爭力就會稍顯不足。在BIM設計時代，如何通過研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高效BIM正向設計軟件來促使企業(yè)技術水平和行業(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技術在交通行業(yè)應用的必要性，已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)的一致認可，但仍缺乏能夠真正實現(xiàn)BIM正向設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。建設單位、施工單位，包括加工企業(yè)都難以直接利用設計單位輸出的BIM設計成果。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。

　　由于勘察設計行業(yè)的產(chǎn)品必須參照并符合相應國家標準及行業(yè)規(guī)范，圖紙產(chǎn)品中含有大量行業(yè)標準圖及企業(yè)通用圖等?，F(xiàn)有的BIM軟件針對這些標準構(gòu)件并未開發(fā)出有效的工具，在實際設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，當全員BIM設計時代到來之時，如果依靠進口軟件，中等規(guī)?？辈煸O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，但對大型復雜結(jié)構(gòu)支持較差;面向公路行業(yè)的預制件族庫不足;程序運行消耗硬件資源情況嚴重;出圖不符合公路行業(yè)習慣與需求;底層代碼不開源，導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)權的底層代碼，無需依賴進口軟件的二次開發(fā)，能夠按照設計企業(yè)自身需求或行業(yè)通用需求，編寫相應設計軟件系統(tǒng)。研發(fā)真正的國產(chǎn)工業(yè)軟件，能夠促使我國工程設計領域擺脫進口軟件壟斷的束縛，保證地理信息和設計信息的安全性和設計成果的可靠性，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勞動中解放出來，有利于投身**值服務、減少中間校審環(huán)節(jié)、整體提升設計品質(zhì)、降低設計成本。

　　引入BIM技術后，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系，即時生成孔跨方案施工平臺的填挖方情況，幫助設計人員第一時間判斷橋梁布置的合理性和經(jīng)濟性，設計紕漏導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)一標準》(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。

　　科技制造的原理認知與實施策略

　　標準化、參數(shù)化

　　如同輕工業(yè)領域運用自動化設備進行流水化生產(chǎn)，勘察設計企業(yè)的科技制造應該通過特定的設計軟件、系統(tǒng)、平臺進行標準化生產(chǎn)，標準件尺寸不應固定，應為參數(shù)化處理后的可最大程度地滿足最終產(chǎn)品的靈活標準件。

　　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)設計習慣形成的常規(guī)結(jié)構(gòu)，應在 BIM軟件中完成歸攏和梳理，并進行標準化和參數(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)標準化、參數(shù)化的高效BIM正向設計系統(tǒng)，是破除交通行業(yè)BIM發(fā)展瓶頸的必由之路。

　　BIM正向設計

　　目前，雖然主流設計手段還主要以二維設計為主，但是在BIM設計時代即將來臨的今天，勘察設計單位的科技制造系統(tǒng)應該是支持BIM正向設計的系統(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。標準件的定制應該是集體智慧的結(jié)晶，根據(jù)公路勘察設計各個專業(yè)現(xiàn)有需求，選擇可以進行標準化處理的構(gòu)件，確定其可以參數(shù)化處理的部分，標準件和參數(shù)化規(guī)則在后臺經(jīng)過嚴格的“兩校三審”，具體設計項目采用這些參數(shù)化標準構(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)，廣泛應用于各個高速公路建設項目。這些常規(guī)結(jié)構(gòu)基本上都有標準設計方法，甚至形成了大量通用圖紙，將這些常規(guī)結(jié)構(gòu)參數(shù)化智能設計直接引入BIM軟件研發(fā)，為設計人員提供各專業(yè)常規(guī)結(jié)構(gòu)BIM設計工具，將有助于真正實現(xiàn)交通行業(yè)BIM正向設計，迅速提升目前勘察設計行業(yè)BIM設計效率及設計質(zhì)量。

　　自動建模出圖

　　交通設計企業(yè)科技制造的具體做法是：最大范圍地選取標準化的設計經(jīng)驗或者標準化構(gòu)件，對標準設計經(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)驗庫中相關組件，調(diào)用并將參數(shù)賦予后臺經(jīng)驗庫或參數(shù)化標準件，實現(xiàn)標準化構(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。

　　這種標準化、參數(shù)化的BIM正向設計模式，將會對傳統(tǒng)的勘察設計體系帶來前所未有的變革。除傳統(tǒng)設計、復核、審核角色之外，將會出現(xiàn)后臺質(zhì)量人的角色。后臺質(zhì)量人負責確保常規(guī)構(gòu)件的安全性和合理性，設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，供其他勘察設計單位使用，后臺質(zhì)量人所在單位收取相應費用。這種模式將有利于實現(xiàn)勘察設計單位的科技制造，也是中國交通BIM技術發(fā)展的正確方向。

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

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