采用BIM技術(shù)，高速公路在電腦屏幕上蜿蜒伸展，橋梁、隧道、涵洞等構(gòu)造繪物制得精準(zhǔn)生動；施工過程中，應(yīng)用智能化監(jiān)測手段，大橋“健康狀況”一目了然；安全養(yǎng)護時，數(shù)據(jù)代替“人跑腿”，養(yǎng)護需求可以一鍵申報……近日通車的G7221衡南高速衡陽至永州段（簡稱“衡永高速”）在數(shù)字技術(shù)的加持下，被賦予蓬勃的生命力。從設(shè)計、施工到運維管理，衡永高速設(shè)計單位——湖南建投集團旗下湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司（簡稱“湖南交通設(shè)計院”）綜合運用BIM技術(shù)、電子沙盤、人工智能等多種數(shù)字化手段，支撐起衡永高速建、管、養(yǎng)、運全壽命周期的高質(zhì)量發(fā)展，致力打造湖南乃至全國“數(shù)字高速”的標(biāo)桿。

衡永高速

一盤觀全局

三維實景告別“紙上談兵”

    此次通車的G7221衡南高速衡陽至永州段和S81永賀高速永州至零陵段，全長165公里，跨衡陽、永州9個市縣（區(qū)），4次與已通車高速相交，7次上跨下穿鐵路，4次跨越較大湘江干流和支流，以長隧道穿越祁山山脈，建設(shè)規(guī)模大，涉鐵涉高涉水工程施工牽涉面廣、技術(shù)難度大、安全風(fēng)險高，施工組織較為復(fù)雜。如何讓設(shè)計、施工人員快速了解到項目所處的空間環(huán)境，從而更精準(zhǔn)地給出合理設(shè)計或施工方案？湖南交通設(shè)計院創(chuàng)新地給出了答案：電子沙盤。

傳統(tǒng)設(shè)計圖紙效果

電子沙盤效果

    在項目初期，該段高速建設(shè)所涉及的近60平方公里的地理空間便被采集成為電子沙盤，這在項目的精細(xì)設(shè)計、施工組織策劃、征地拆遷時發(fā)揮了重要的作用?！拔覀儾捎脽o人機和激光雷達(dá)等方式采集數(shù)據(jù)，電子沙盤的分辨率達(dá)到厘米級，誤差僅在五厘米內(nèi)?！焙辖煌ㄔO(shè)計院空間信息智能感知與大數(shù)據(jù)研究院副總工程師辛杰介紹，區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計圖紙，電子沙盤設(shè)計環(huán)境采用三維實景展現(xiàn)，可視化方案顯示直觀、修改便捷、便于比選，“傳統(tǒng)地形圖上雖然也能標(biāo)明相關(guān)地物的位置，但電子沙盤可以進(jìn)一步展示它們的形狀和大小，這對于征地拆遷等工作具有重要意義?！比S實景展示便于施工管理人員直觀了解設(shè)計方案、精準(zhǔn)掌握現(xiàn)場情況，從而更好地進(jìn)行施工方案布置。在施工籌備時，位置的選擇決定后期進(jìn)出場距離和時間，通過電子沙盤，人員不必反復(fù)前往現(xiàn)場調(diào)查，就能直接確定最佳選點，節(jié)省了大量的時間和人力。這一創(chuàng)新應(yīng)用，也使得《衡永高速電子沙盤項目》獲第四屆全國公路微創(chuàng)新大賽銅獎，衡永高速的每個標(biāo)段都因此節(jié)省近百萬元。

    值得一提的是，電子沙盤的作用不止于此。“電子沙盤大幅降低了施工人員的看圖門檻，他們不需要具備專業(yè)知識，也能很好地理解施工圖紙?！焙鲜『庥栏咚俟方ㄔO(shè)開發(fā)有限公司總經(jīng)理楊建斌提到，對于新員工來說，以前可能要一到兩個月才能摸清項目情況，現(xiàn)在通過電子沙盤，只需一到兩天就能全面掌握項目重難點，有效保障了后續(xù)的施工進(jìn)度和質(zhì)量。數(shù)字化勘察手段的使用，使得平面圖紙立體展現(xiàn)、實景展示，為設(shè)計、施工人員“足不出戶也能決勝千里之外”精準(zhǔn)賦能。

BIM技術(shù)應(yīng)用

將未來公路“搬”進(jìn)電腦屏幕

    首次將BIM深化設(shè)計納入設(shè)計流程、首次開展基于BIM的施工圖技術(shù)交底、首次基于BIM的數(shù)字化管理項目……在衡永高速設(shè)計過程中，湖南交通設(shè)計院將BIM技術(shù)的作用發(fā)揮得淋漓盡致。

    在方案研究、初步設(shè)計以及施工圖設(shè)計階段，全流程通過三維模型展現(xiàn)，每一個細(xì)節(jié)都清晰可見，便于開展方案優(yōu)化和技術(shù)交流；在方案比選中，創(chuàng)新性地提出融入生態(tài)紅線和基本農(nóng)田選線原則，設(shè)計師能夠在虛擬環(huán)境中看到選線對農(nóng)田和生態(tài)的影響情況，從而快速進(jìn)行路線的調(diào)整和變更；基于數(shù)字模型對項目樞紐互通、特殊橋梁、特長隧道開展了全專業(yè)的施工圖校核，對坐標(biāo)、高程、工程量等關(guān)鍵要素進(jìn)行了復(fù)核和確認(rèn)，能夠更準(zhǔn)確地評估方案的可行性，并將潛在的問題解決在前期。原本復(fù)雜的道路、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)被一一“搬”進(jìn)了電腦屏幕，成為了一個個生動鮮活的數(shù)字模型。“BIM技術(shù)就像是我們設(shè)計師的一雙‘透視眼’?！焙辖煌ㄔO(shè)計院BIM工程師張昕昊笑著解釋，“它讓我們能夠在設(shè)計階段就‘看到’未來高速公路的真實運行狀況，并根據(jù)呈現(xiàn)的三維實景，不斷調(diào)整優(yōu)化設(shè)計方案！”

BIM平臺演示

為推進(jìn)基于BIM的可視化施工，湖南交通設(shè)計院利用GIS+BIM、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、嵌入式等數(shù)字技術(shù)，開發(fā)了基于BIM的三維可視化交互管理平臺，實現(xiàn)了全過程的數(shù)據(jù)匯集、管理、共享與智能決策。這一平臺讓虛擬的數(shù)字世界和真實世界產(chǎn)生連接，真正做到了“所見即所得”，管理人員通過“一個面板”就能隨時查看工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、人機料等數(shù)據(jù)，實時掌握現(xiàn)場情況，也能集成設(shè)計與施工資料等，形成數(shù)字資產(chǎn)匯總，在數(shù)據(jù)上實現(xiàn)互通性和可視化，在管理上實現(xiàn)電子化和精準(zhǔn)化。

三維可視化交互管理平臺相當(dāng)“聰明”，可以整合施工進(jìn)度信息數(shù)據(jù)，對延期任務(wù)自動預(yù)警；還可以將實際數(shù)據(jù)與計劃數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)施工存在的安全質(zhì)量隱患，并自動關(guān)聯(lián)至對應(yīng)的BIM模型部位，設(shè)立通病數(shù)據(jù)庫，通過不斷積累的問題數(shù)據(jù)，從而規(guī)劃隱患排查，監(jiān)控重點內(nèi)容。湖南交通設(shè)計院依托衡永高速率先開展的BIM實踐應(yīng)用，已形成了高速公路BIM應(yīng)用的成套標(biāo)準(zhǔn)體系，并斬獲多項大獎，在2023年榮獲Bentley全球基礎(chǔ)設(shè)施年度光輝大獎賽“突出貢獻(xiàn)決賽獎”。

數(shù)字化檢測

“監(jiān)”證大橋健康成長

陳家沙洲湘江大橋是永零高速關(guān)鍵控制性工程，“我們采用數(shù)字化監(jiān)測手段對橋梁施工進(jìn)行全過程動態(tài)監(jiān)控，保證施工過程中結(jié)構(gòu)安全和施工完成后的橋面平順、行車舒適”。湖南交通設(shè)計院試驗檢測中心總工何現(xiàn)啟介紹，“數(shù)字化監(jiān)測手段的應(yīng)用，使大橋‘健康狀況’一目了然，確保每階段施工都處于最佳狀態(tài)’?！?/span>

    對于多跨連續(xù)橋梁來說，線形和受力狀態(tài)的控制至關(guān)重要，立模標(biāo)高、合龍的順序和溫度都需要重點關(guān)注。檢測團隊結(jié)合施工方案和現(xiàn)場條件，通過有限元計算進(jìn)行預(yù)演推理，制定出了最佳合龍和調(diào)控方案，做到了理論上無誤差，實際上誤差控制在一公分內(nèi)，保證了橋梁線形符合設(shè)計要求。為了有效感知橋梁應(yīng)力和溫度狀況，檢測團隊在大橋主梁里埋設(shè)了八十多個應(yīng)力和溫度傳感器，并采用了JMZX-8A綜合自動采集模塊、JMWT-64溫度自動采集模塊、“柔性相機”、數(shù)字孿生等數(shù)字化手段，實時進(jìn)行應(yīng)力和合龍前的48小時溫度的監(jiān)測。相比于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測，數(shù)字化監(jiān)測手段精確度更高，也更省時省力，有效降低了監(jiān)測成本。

    預(yù)應(yīng)力施工是橋梁施工生命線的重要組成部分，錨下有效預(yù)應(yīng)力作為橋梁施工中的關(guān)鍵控制指標(biāo)，通過智能張拉能直接監(jiān)測橋梁預(yù)應(yīng)力張拉的實際效果，但目前省內(nèi)針對錨下預(yù)應(yīng)力的檢測尚無評判標(biāo)準(zhǔn)。湖南交通設(shè)計院檢測團隊采用數(shù)字化檢測手段實時采集了數(shù)據(jù)樣本，徹底摸清衡永高速橋梁錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)底數(shù)，建立了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)臺賬，為湖南省《公路橋梁錨下有效預(yù)應(yīng)力檢測技術(shù)規(guī)程》這一地方性標(biāo)準(zhǔn)的編撰提供了科學(xué)決策依據(jù)。

人工智能+

數(shù)據(jù)“指揮”高速安全運維

    走上衡永高速，打開“湘行相伴”APP，服務(wù)區(qū)加油站和充電樁的使用情況一目了然，司機朋友不再擔(dān)心因為找不到加油位或充電位而耽誤行程。湖南交通設(shè)計院利用視頻人工智能技術(shù)，在省內(nèi)首次研發(fā)和應(yīng)用了服務(wù)區(qū)視頻智能分析系統(tǒng)，由人工智能充當(dāng)“服務(wù)區(qū)管家”，不僅可以自動識別加油站排隊、充電位占用、車輛違規(guī)停放、垃圾堆放等問題，及時告警運營管理人員，還能通過遠(yuǎn)程喊話來指揮停車、通知清掃、調(diào)配疏導(dǎo)等，變“被動運營”為“主動管理”。

曾經(jīng)，高速公路的運維養(yǎng)護工作猶如一場“馬拉松”，需要養(yǎng)護人員日復(fù)一日地巡查、維修。而隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，高速公路的“心臟”連上了智慧的“脈搏”。衡永高速研發(fā)并應(yīng)用了養(yǎng)護安全管理系統(tǒng)，能實現(xiàn)路上施工作業(yè)“一鍵申報、聯(lián)合審批、視頻跟蹤”。

    養(yǎng)護人員通過掃描路側(cè)報警二維碼獲取位置，就可以上報養(yǎng)護需求、申報交通組織方案，再由交警、路產(chǎn)在線審批，全程不再需要紙質(zhì)申報，讓數(shù)據(jù)代替人跑腿，大幅提升了審批速度。養(yǎng)護施工時，錐筒頂部夾放的視頻記錄儀，能夠自動回傳現(xiàn)場位置、圖片和視頻，“一路多方”可在后臺的養(yǎng)護施工一張圖全面查看施工分布和圖像，并實施在線督導(dǎo)。同時，系統(tǒng)還可以通過人工智能技術(shù)，自動識別錐筒擺放和回收狀況，精準(zhǔn)獲取施工時間和位置，并向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布施工進(jìn)展，降低作業(yè)風(fēng)險。湖南交通設(shè)計院黨委委員、副總經(jīng)理張重祿指出：“當(dāng)前，數(shù)字時代加速演進(jìn)，帶來廣闊的發(fā)展空間。湖南交通設(shè)計院搶抓數(shù)字紅利，在衡永高速上進(jìn)行了先行探索，數(shù)字選線、BIM數(shù)字資產(chǎn)管理、電子沙盤、動態(tài)監(jiān)控、數(shù)字養(yǎng)護管理等眾多數(shù)字化產(chǎn)品不斷創(chuàng)造著新的可能?！痹跀?shù)字化的驅(qū)動下，衡永高速不僅運維管理變得更加便捷高效，更成為了一條充滿智慧與活力的信息高速公路，引領(lǐng)行業(yè)駛向智能出行的美好未來。