科技制造是利用現代科技手段把原材料加工成適用的產(chǎn)品，或將原材料加工成器物的生產(chǎn)活動(dòng)，信息化時(shí)代，設計企業(yè)亟待實(shí)施“科技制造”戰略，屬于各制造業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的范疇。本文所指交通設計企業(yè)的“科技制造”，主要是指結合交通設計行業(yè)的特點(diǎn)，研發(fā)并使用具有自主知識產(chǎn)權的BIM軟件平臺，參數化地、自動(dòng)化地完成設計工作的生產(chǎn)活動(dòng)。

　　我國高速公路發(fā)展30余年來(lái)，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，現今又迎來(lái)了三維數字信息化時(shí)代的挑戰。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，如何在未來(lái)更高質(zhì)高效地做好國省干線(xiàn)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(shí)現相應平臺的開(kāi)發(fā)搭建，實(shí)施科技制造，快速服務(wù)生產(chǎn)。

　　交通設計企業(yè)科技制造概念的提出

　　隨著(zhù)信息化時(shí)代的來(lái)臨與演進(jìn)，2017年至今，國家從戰略層面上要求設計企業(yè)盡快實(shí)現BIM設計輸出工作。2017年，交通運輸部下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)公路水運工程應用BIM技術(shù)的指導意見(jiàn)》后，諸多企業(yè)已成立了BIM應用研究部門(mén)，開(kāi)始使用國際主流BIM軟件平臺進(jìn)行設計探索與實(shí)踐。隨著(zhù)BIM技術(shù)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(huì )對交通設計質(zhì)量與效率的提升發(fā)揮重要的推動(dòng)作用。

　　調研發(fā)現，通過(guò)使用市場(chǎng)現有軟件平臺真正實(shí)現全員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(dòng)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)內部共享的“標準化”資源，開(kāi)展軟件開(kāi)發(fā)工作，使構造物基本單元成為企業(yè)內在的標準化產(chǎn)品庫，通過(guò)后臺管理維護供前端生產(chǎn)直接參數化調用，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)展現狀

　　歷史發(fā)展

　　計算機輔助設計(CAD)技術(shù)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、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(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計工作往往需要舉全設計院之力，連續奮戰近一年時(shí)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。據統計，這種現狀一直延續到20世紀末，才有了較大的改觀(guān)。

　　當前現狀

　　自上世紀末，隨著(zhù)個(gè)人計算機(PC)的發(fā)展與普及，計算機輔助設計(CAD)技術(shù)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(dòng)中解放出來(lái)，設計師與繪圖員的身份角色被區分開(kāi)來(lái)，設計師將更多的精力投放到整體方案、結構計算和設計細節等工作中，通用的設計成果得到了電子化保存，實(shí)現了反復調用，整個(gè)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(kāi)始，設計院?jiǎn)蝹€(gè)生產(chǎn)部門(mén)每年可承接的高速公路設計項目增至1至2個(gè)。

　　勘察設計行業(yè)BIM軟件的應用現狀

　　交通土建行業(yè)期待BIM技術(shù)給生產(chǎn)力發(fā)展帶來(lái)二次革命，產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。目前，比較常用的、占市場(chǎng)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(zhuān)業(yè)設計軟件，以Navisworks為后期整合軟件。Civil 3D軟件在傳統AutoCAD的基礎上，增加了數字地面模型、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(zhuān)業(yè)設計軟件，以Navigator為后期整合軟件。由于支持帶狀結構和體量較大項目，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(zhuān)業(yè)設計軟件，以Delmia為后期整合軟件。核心軟件Catia開(kāi)發(fā)與應用最初主要針對的是飛行器設計制造，近年來(lái)，該公司根據市場(chǎng)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(lái)，設計企業(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(jìn)適合本領(lǐng)域的BIM應用和研發(fā)。

　　現階段交通設計企業(yè)面臨的問(wèn)題

　　設計企業(yè)的生產(chǎn)力亟待根本性變革

　　CAD時(shí)代，設計人員一切工作在二維環(huán)境下進(jìn)行，而實(shí)際上所有工程對象都在三維空間內延伸、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(xiàn)和橫斷面線(xiàn)上進(jìn)行孔跨布置，由于地形信息缺乏連續性，往往不能夠準確把握設計限制條件，造成設計成果的偏差。

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

　　在現有生產(chǎn)方式下，由于單個(gè)設計院的不同生產(chǎn)部門(mén)間的設計標準、設計習慣、出圖方式和風(fēng)格未能實(shí)現有效、完全的統一，對于大量的常規預制結構，一線(xiàn)生產(chǎn)人員不得不各自為戰，進(jìn)行手工的、重復的CAD作業(yè)，遇到大跨徑的、結構特殊的橋梁或立交區變寬、小半徑橋梁，往往難以騰出時(shí)間和精力進(jìn)行設計，客觀(guān)上加大了勞務(wù)外包、設計質(zhì)量的風(fēng)險，同時(shí)，也會(huì )給設計企業(yè)自身技術(shù)水平發(fā)展和提高帶來(lái)不利的影響。

　　工程信息化的內在要求未能得到充分滿(mǎn)足

　　經(jīng)濟的飛速發(fā)展、國家高速公路網(wǎng)規劃的不斷調整進(jìn)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(wù)商應滿(mǎn)足業(yè)主對于道路主體和附屬設施的整套數字資產(chǎn)獲取的要求。按照目前市場(chǎng)上BIM軟件開(kāi)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、養等各階段利用BIM技術(shù)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(huì )稍顯不足。在BIM設計時(shí)代，如何通過(guò)研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的高效BIM正向設計軟件來(lái)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(chǎng)競爭力，已經(jīng)變得十分迫切。

　　進(jìn)口BIM軟件存在諸多問(wèn)題

　　目前，BIM技術(shù)在交通行業(yè)應用的必要性，已經(jīng)得到業(yè)內的一致認可，但仍缺乏能夠真正實(shí)現BIM正向設計和電子交付的軟件。目前，各主流軟件公司數據不能實(shí)現完全兼容，數據傳遞時(shí)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(mǎn)足自身BIM需求，大多情況下企業(yè)仍需重新建模，客觀(guān)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有的BIM軟件針對這些標準構件并未開(kāi)發(fā)出有效的工具，在實(shí)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(jìn)口軟件收費高昂，當全員BIM設計時(shí)代到來(lái)之時(shí)，如果依靠進(jìn)口軟件，中等規?？辈煸O計企業(yè)將面臨著(zhù)每年幾百萬(wàn)元甚至上千萬(wàn)元的軟件費用支出，企業(yè)生產(chǎn)成本將會(huì )倍數級增大。

　　另外，進(jìn)口BIM軟件還存在下列一些問(wèn)題：部分進(jìn)口軟件對于簡(jiǎn)單的道路結構物建模尚能勝任，但對大型復雜結構支持較差;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(kāi)源，導致對軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)難度過(guò)大等。

　　科技制造實(shí)施的可行性和必要性

　　科技制造實(shí)施的可行性

　　據調查，國內工程設計軟件商的開(kāi)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(wú)需依賴(lài)進(jìn)口軟件的二次開(kāi)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(xiě)相應設計軟件系統。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(lǐng)域擺脫進(jìn)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(lèi)似中興、華為等事件的再次出現，具有一定的現實(shí)意義。

　　科技制造實(shí)施的必要性

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

　　引入BIM技術(shù)后，橋梁上下部結構將在三維環(huán)境下布置，可輕易、多角度地觀(guān)察橋梁與地形的關(guān)系，即時(shí)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(shí)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(guò)開(kāi)發(fā)的系統，設計成果將以傳統二維圖紙和全線(xiàn)三維模型兩種形式提交，而全線(xiàn)三維模型將按照《公路工程信息模型統一標準》(Q/CCCC GL501-2019) 被賦予了豐富的工程信息，方便整套數字資產(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(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、提高科技含量，進(jìn)一步打響企業(yè)知名度、發(fā)揮社會(huì )效益、提高市場(chǎng)競爭力。

　　科技制造的原理認知與實(shí)施策略

　　標準化、參數化

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

　　根據我國交通行業(yè)現有知識經(jīng)驗積累以及企業(yè)設計習慣形成的常規結構，應在 BIM軟件中完成歸攏和梳理，并進(jìn)行標準化和參數化處理，使用時(shí)只需遵循實(shí)際項目路線(xiàn)資料，填寫(xiě)必要參數來(lái)實(shí)現常規結構的自動(dòng)拼裝式建模。開(kāi)發(fā)標準化、參數化的高效BIM正向設計系統，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(shí)代即將來(lái)臨的今天，勘察設計單位的科技制造系統應該是支持BIM正向設計的系統，這是由我國交通行業(yè)BIM發(fā)展趨勢決定的。在進(jìn)口軟件難以滿(mǎn)足交通行業(yè)需求的形勢下，從軟件底層開(kāi)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晶，根據公路勘察設計各個(gè)專(zhuān)業(yè)現有需求，選擇可以進(jìn)行標準化處理的構件，確定其可以參數化處理的部分，標準件和參數化規則在后臺經(jīng)過(guò)嚴格的“兩校三審”，具體設計項目采用這些參數化標準構件時(shí)將可以不再經(jīng)過(guò)校審流程，直接使用。

　　中國交通行業(yè)經(jīng)過(guò)長(cháng)期的發(fā)展，已經(jīng)積累了大量成熟的常規結構，廣泛應用于各個(gè)高速公路建設項目。這些常規結構基本上都有標準設計方法，甚至形成了大量通用圖紙，將這些常規結構參數化智能設計直接引入BIM軟件研發(fā)，為設計人員提供各專(zhuān)業(yè)常規結構BIM設計工具，將有助于真正實(shí)現交通行業(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(dòng)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)驗或者標準化構件，對標準設計經(jīng)驗或者構件進(jìn)行參數化處理，使其更具有普適性。根據參數，計算機自動(dòng)匹配后臺經(jīng)驗庫中相關(guān)組件，調用并將參數賦予后臺經(jīng)驗庫或參數化標準件，實(shí)現標準化構件的參數化自動(dòng)建模拼裝。同時(shí)，搭建常規結構參數化通用圖庫，在完成BIM模型設計時(shí)還可以根據輸入參數調取通用圖庫，生成常規結構二維圖紙，做到一鍵成圖。

　　這種標準化、參數化的BIM正向設計模式，將會(huì )對傳統的勘察設計體系帶來(lái)前所未有的變革。除傳統設計、復核、審核角色之外，將會(huì )出現后臺質(zhì)量人的角色。后臺質(zhì)量人負責確保常規構件的安全性和合理性，設計人員只需合理使用常規結構進(jìn)行建模出圖工作即可。常規結構參數化經(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(shí)現勘察設計單位的科技制造，也是中國交通BIM技術(shù)發(fā)展的正確方向。

　　為實(shí)現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(dòng)我國B(niǎo)IM技術(shù)本質(zhì)性進(jìn)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(shù)的國際地位起到極大的推動(dòng)作用。

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