國外公司公路BIM解決方案存在的問題
2017-12-08
近年來，國內外各工程軟件廠商紛紛推出了針對公路工程領域的BIM解決方案，在對幾家國外公司的解決方案進行調研總結之前，需要首先對這些解決方案的總體情況和銷售模式進行簡要分析。
與BIM理念推廣相配合，國際性軟件廠商對應改變以往軟件產品授權和銷售模式，從以往直接銷售軟件產品并收取一定升級服務費用的方式，改變?yōu)橄到y(tǒng)性推廣專業(yè)領域解決方案的模式。例如，在全球具有較大影響力的美國歐特克公司和奔特力公司等，均對各自原有的多個專業(yè)軟件產品進行一定程度的整合，然后針對不同專業(yè)領域，推出各自的解決方案。按照各自對行業(yè)應用和BIM等的理解，這些解決方案，不僅包含了有針對性的專業(yè)軟件，但還包含了一部分在當前和現(xiàn)狀工程設計中，極少使用的軟件產品等。例如：在歐特克公司針對公路、鐵路等領域的解決方案中，除了有一定專業(yè)性的Civil 3D軟件（包含了autocad CAD平臺）之外，還包含了Revit、3DMAX等一些公路、鐵路勘察設計企業(yè)較少使用的軟件產品。當然，在說法上是從工程全生命周期BIM技術應用的目的了。與銷售模式的變化對應，這些公司解決方案的收費方式，也已逐步改變?yōu)榘凑漳甓仁杖?ldquo;年費”的方式了。
以下內容，重點對幾家國外工程軟件公司的公路BIM解決方案進行調研總結，最后，分析總結了國外相關公路BIM解決方案存在的主要問題。其中涉及到的具體軟件產品的名稱，可能與其最新的解決方案叫法有所差異。
一、 美國奔特力工程軟件（Bentley）公路BIM解決方案
奔特力公司針對土木工程行業(yè)提供了多種、多專業(yè)的軟件解決方案，但由于部分軟件產品是針對某些特定地區(qū)環(huán)境的，所以奔特力一些在編的軟件產品，并沒有全部在中國市場推廣和應用。其中對道路設計與BIM方向，該公司在中國市場推出的最新的解決方案主要包括以下軟件產品：
1. PowerCivil軟件
該軟件以MicroStation為平臺，是在奔特力之前的例如Inroads路線設計軟件產品基礎上，再次整合、開發(fā)而形成的新的主要針對道路和鐵路工程的路線設計需求的輔助設計軟件。該軟件能夠實現(xiàn)路線平、縱、橫的交互式幾何設計，能夠同時輸出路線主體的BIM模型等。同時，該軟件還可以處理復雜的地下工程中類似地鐵與管廊的三維建模與設計任務。
盡管奔特力公司以PowerCivil軟件為核心的、道路工程行業(yè)的解決方案，相對歐特克等公司而言更為專業(yè)、全面一些，盡管PowerCivil軟件的前身已經(jīng)在北美和一些國家地區(qū)有很高的認可度和一定的應用，但目前在中國公路、城市道路等勘察設計市場中，其應用卻是極少的，調查未收集到有用戶在實際公路項目設計中采用PowerCivil軟件報道。
2. Bridge Master軟件
該軟件同時以MicroStation和autocad為CAD平臺，提供針對公路橋梁設計的專業(yè)軟件產品等，能完成各類公路橋梁的橋位布置、方案優(yōu)化和成果輸出等功能。BridgeMaster軟件產品是該公司在2010年左右通過收購國內北京跨世紀軟件公司的一款針對中國市場的橋梁設計軟件（橋梁大師）。概括來說，BridgeMaster的主要功能是橋梁設計與繪圖，并且可以在橋梁布設的同時，快速構建橋梁的BIM模型，但該軟件不具備橋梁結構分析計算部分的功能。
由于該軟件的前身是國內一款較為成熟的橋梁輔助設計軟件（橋梁大師），并且在國內公路勘察設計市場具有較多的應用的，后被收購到奔特力公司旗下，因此，如果說奔特力公司在軟件在國內公路勘察設計行業(yè)中有所應用的話，那么主要的用戶群體應該是原有跨世紀橋梁大師（BridgeMaster）的用戶吧。
3. Rm bridge軟件
Rm bridge軟件的前身應該是奧地利公司開發(fā)的TDV RM軟件，后經(jīng)并購歸入奔特力旗下。Rm bridge是一款專門的橋梁等結構計算分析軟件，是基于有限元分析原理和方法的橋梁結構分析軟件系統(tǒng)。奔特力官方對該軟件介紹是：世界頂級橋梁計算軟件,3D結構的模擬使用了一個類似于CAD的前處理器，包括定義平曲線與豎曲線。3D結構用關聯(lián)時間軸的4D計算方法來模擬分析。沒有任何橋型和施工順序的限制。程序綜合吸收了14個國際設計標準，在這些標準下進行特定的SLS及 ULS驗算。許多國際顧問公司和全球上千座橋梁的設計都使用這個強有力的工程設計程序。
但根據(jù)了解，該軟件在國內相對于韓國的邁達斯橋梁結構分析軟件而言，用戶數(shù)量很少。而且，奔特力公司也并未將其作為BIM解決方案的一部分，說明該軟件的主要功能仍然在結構分析計算方面，對橋梁結構等BIM建模方面并無介紹和說明。
4. ProSteel 3D軟件
該軟件是一款基于MicroStation CAD平臺的、全參數(shù)化（Parametric）并以資料庫為導向（Spec-Driven）的 3D 鋼結構繪圖設計，及施工圖 （Shop drawing） 軟件系統(tǒng)。對該軟件在國內市場應用的報道和信息較少，間接說明該軟件產品在國內市場的應用也應該是較少的。在公路工程領域，也沒有相關報道。
5. ProjectWise協(xié)同管理軟件
與其他工程軟件供應商比較，奔特力公司提供的ProjectWise 是一款工程協(xié)同管理類的軟件。該軟件產品是一個工程項目團隊協(xié)同工作的軟件系統(tǒng)，用于幫助團隊提高質量、減少返工并確保項目按時完成。這一協(xié)同工作可以是工程項目階段不同設計單位之間或內部的協(xié)同管理，也可以是施工建設階段參建各方之間的協(xié)同管理。據(jù)調查，目前世界范圍內針對工程協(xié)同管理類的軟件是相對較少的，而奔特力公司的ProjectWise是該公司在工程管理領域的一個亮點。但由于不同地區(qū)、不同項目、不同企業(yè)之間均存在較大的差異性，因此，要采用ProjectWise實現(xiàn)協(xié)同管理和設計，均需要結合項目和企業(yè)管理流程、特點等進行一定程度的二次開發(fā)。
據(jù)筆者了解，幾年前在公路勘察設計行業(yè)中，有個別設計單位曾經(jīng)引進過奔特力的ProjectWise軟件，并進行了一定多專業(yè)協(xié)同設計方面的開發(fā)和應用。但總體而言，其研發(fā)和后續(xù)應用尚不能稱之為是成功的。
二、 美國歐特克軟件（Autodesk）公路BIM解決方案
歐特克公司提出的對道路工程的BIM解決方案包括多款軟件產品共同組成，主要包括：
1. Civil 3D軟件
Civil 3D軟件是歐特克公司在autocad CAD平臺的基礎上，大概從2004年度左右開始發(fā)布的針對土工工程領域的CAD軟件。與autocad CAD平臺比較，Civil 3D軟件在其基礎上，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。確切地說，如果說autocad是適合于各行各業(yè)的CAD設計制圖平臺的話，那么Civil 3D就是針對土木工程行業(yè)更為專業(yè)的輔助設計軟件了。這是歐特克公司從提供工程基礎性CAD平臺軟件逐步向更為細分專業(yè)的工程設計領域進軍的代表。在Civil 3D發(fā)布之初，國內建筑、水電、道路等工程行業(yè)的、基于autocad CAD平臺進行開發(fā)的細分專業(yè)的工程設計軟件廠商，紛紛感覺到前所未有的壓力，紛紛驚呼“狼來了”！
但是，經(jīng)過近十余年的市場化發(fā)展，歐特克通過Civil 3D軟件進入中國（包括其他一些國家和地區(qū)）土木工程行業(yè)細分軟件市場的計劃似乎進展并不順利，一直處于尷尬的局面。在公路、鐵路、市政工程等專業(yè)領域，勘察設計企業(yè)選擇并直接使用Civil 3D的案例極少，實際應用需求幾乎為零。因為與公路行業(yè)中國產的緯地軟件等比較，Civil 3D的功能過于粗獷、簡單化，根本無法滿足專業(yè)設計的需要。而緯地軟件等的功能更貼合國內勘察設計習慣、更符合專業(yè)特點，即便是對于成果輸出部分，也更為自動化、高效。由此導致長期以來，盡管歐特克公司Civil 3D軟件在autocad CAD平臺上專門開發(fā)增加了一系列面向道路設計、地圖測繪、水電管網(wǎng)、壩體和放坡設計等功能，但卻只能在國內市場環(huán)境中，一直采取以與autocad CAD基礎平臺完全相同的價格推廣和銷售。實際上，在公路、鐵路、市政工程勘察設計企業(yè)中，用戶采購和使用的只是autocad CAD平臺而已。
上述國外專業(yè)CAD軟件難以在國內公路、市政和鐵路工程等行業(yè)推廣應用的另一個本質原因在于：國內與國外工程建設模式、勘察設計階段與深度等存在較大的差異性。在國內，工程勘察設計單位要一般要完成項目可行性研究、初步設計，乃至施工圖設計（詳細設計），而國外設計咨詢單位的工作深度僅相當于國內的初步設計階段。由于建設模式不同，國外工程的詳細設計一般施工企業(yè)自主完成。同時，各國不同工程行業(yè)進行工程設計的習慣和成果表達方式不盡相同，且各細分的工程專業(yè)領域繁多。
據(jù)了解，Civil 3D軟件在國內水電工程行業(yè)中已經(jīng)有所應用，主要在構建數(shù)字地面模型和工程三維模型等方面，且其應用尚未解決對應的工程詳細設計和成果輸出等方面的問題。在建筑工程方面，國產的CAD軟件更適合國內勘察設計習慣和成果表達要求，因此，建設工程領域國內自主開發(fā)的類似建研院PKPM軟件、天正建筑軟件、斯維爾建筑軟件等軟件似乎應用更為廣泛一些。而Civil 3D軟件在國內道路（公路與城市道路）和鐵路等勘察設計行業(yè)中的應用，早前更是鮮有報道的。在公路勘察設計行業(yè)中，中交一公院緯地軟件處于市場占有率95%以上。筆者分析認為：Civil 3D軟件之所以能在水電等工程行業(yè)獲得一定的推廣和應用，主要原因在于：水電工程領域或者由于屬于小專業(yè)的緣故吧，早前不論是國產的、還是國外的專業(yè)CAD軟件，幾乎處于空白狀態(tài)的。在缺少細分的專業(yè)CAD軟件的條件下，與手工設計繪圖、與直接在autocad CAD平臺點線繪圖相比較，水電工程等勘察設計行業(yè)用戶，也只能選擇Civil 3D開展設計了。畢竟Civil 3D中已經(jīng)集成了部分壩體、放坡和場地平整等部分功能了。
2. Revit軟件
Revit 是歐特克公司在2002年通過收購方式推出的一款建筑工程設計與建模、分析、維護的軟件。Revit能夠設計和建立各類復雜的建筑工程模型，甚至是復雜的曲面模型。基于構建的工程模型，Revit還可以實現(xiàn)對工程施工過程的模擬推演，即所謂的虛擬建造的過程。目前，歐特克公司在工程行業(yè)領域中，介紹和宣傳最多的符合工程BIM理念的軟件技術莫過于Revit了，隨著歐特克公司最早在國際工程行業(yè)倡導的BIM設計理念的深入，工程BIM技術獲得越來越多的認可，Revit在建設行業(yè)中的應用也愈加廣泛了。據(jù)調查，Revit也逐步開始在電氣和水電等行業(yè)中有所應用了。
在建筑工程設計軟件領域，除了國內針對建筑工程領域的國產CAD軟件之外，與Revit功能相近且具有較強競爭力的工程軟件是匈牙利Graphisoft公司開發(fā)的ArchiCAD建筑軟件。相比較與歐特克公司，匈牙利Graphisoft公司是更早進行建筑三維設計和提出“虛擬建筑”概念的。由于ArchiCAD軟件堅持自主的建筑行業(yè)，并未涉足道路與鐵路工程等行業(yè)，因此，編者不再單獨介紹該公司和軟件。
但在對Revit研發(fā)歷程和專業(yè)功能做調研對比之后，筆者認為可以確切地說：Revit本身主要是針對建筑工程設計與建模的軟件產品，并非針對道路與鐵路工程設計的軟件產品，也并非針對電氣、水電等行業(yè)的。電氣和水電行業(yè)中開始應用Revit軟件的原因大致同前，那就是水電和電氣等行業(yè)缺少符合專業(yè)特點的三維設計軟件所導致的。對于道路和鐵路工程行業(yè)，歐特克公司提供Revit的目的僅僅在于，讓用戶能夠使用Revit作為建模的工具，可以交互式建立部分公路構造物例如橋梁、隧道等的三維模型而已，因為歐特克對道路和鐵路工程的這些附屬工程設施原本就沒有專業(yè)的設計軟件和工具。詳細了解歐特克對道路行業(yè)解決方案，實際上Revit對于道路行業(yè)，幾乎是難以適用的，這主要源于道路與鐵路工程屬于典型線性、不規(guī)則工程的特點。
3. Infrastructure Modeler軟件
Infrastructure Modeler是歐特克近期才研發(fā)推出的一款工程概念設計的工具性軟件。根據(jù)歐特克公司的介紹材料，該軟件可幫助項目工程師和規(guī)劃專家可視化方式創(chuàng)建、評估和溝通豐富的基礎設施提案，從而更快捷獲得項目審批。Infrastructure Modeler 能幫助用戶創(chuàng)建出真實再現(xiàn)自然和建筑環(huán)境的模型，在一個模型中評估多個項目概念設計，并將視覺效果形象、逼真的建議方案傳達給建設相關方。據(jù)了解，該軟件為新近推出的概念性設計工具軟件，并未有工程應用的案例和條件。
歐特克公司認為該軟件將會是其在土木工程設計的一個重要發(fā)展方向，主要功能在于完成類似于國內工程的“工程可行性研究”階段的方案設計或者概念設計的目標，所以，準確的說：Infrastructure Modeler目前還只是歐特克公司的一個新的沒有實際應用的新產品。該產品是否能獲得用戶認可、是否能把工程設計的前期與后期劃分開來還有待市場反饋。筆者認為：盡管該軟件的“概念設計”思想似乎存在，但是由于該軟件并未基于CAD平臺，不能輸出設計圖紙（國內各類公路和鐵路建設項目，即使工程可行性研究階段，也是需要對應輸出圖紙等成果的），僅僅輸出三維項目效果圖和粗略的工程量的話，那么該軟件存在的實際價值，還是個未知數(shù)。
4. 3DMax Design軟件
眾所周知，3DMAX原本是歐特克收購的一款針對數(shù)字娛樂業(yè)三維模型制作和渲染的軟件產品，我們以往所能見到的很多各類視頻動畫、3D電影等效果多數(shù)是由該軟件為主完成。一般認為，該軟件最大的功能亮點在于快捷的建立各種物品和場景的三維模型，并能夠實現(xiàn)精細、逼真的渲染效果。顯然，歐特克在道路BIM解決方案中提供該軟件，其目的僅僅在于讓用戶能對工程模型進行更為精細、效果更好的渲染方面。
實際上，盡管3DMAX是針對消費娛樂業(yè)領域的一款三維制作和渲染軟件，但是無論是道路還是建筑等各類工程領域，大約從20多年前起就已經(jīng)在不同程度的應用3DMAX進行工程模型的渲染和動畫制作了，由此可見，在工程BIM領域宣傳最為發(fā)力的歐特克公司在光鮮的BIM解決方案的“新瓶”中，已經(jīng)裝了不少的舊酒了?；蛘呖梢岳斫鉃椋瑲W特克公司本來就認為，應用3DMAX等軟件制作精美的工程三維效果和動畫，本來就是工程領域BIM技術應用的必然內容的。而這與現(xiàn)在工程行業(yè)中，一些已經(jīng)被BIM概念影響的工程師們的認識大相徑庭了，因為在他們認為：工程BIM首先就是要拋棄3DMAX等軟件應用的。
三、 法國達索軟件（Dassault System）公路BIM解決方案
據(jù)調研，目前在土工工程行業(yè)中，確實有個別企業(yè)、有團隊正在基于達索公司的CATIA軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)城市道路的部分設計與建模功能，因為CATIA軟件具有特色的參數(shù)化建模的功能。但是，無論從平臺發(fā)展，還是各專業(yè)功能領域，筆者認為基于CATIA軟件解決土木工程的設計和BIM需求的路徑，都是難以長期發(fā)展的。因為：第一，達索公司的核心軟件產品是針對工業(yè)設計與制造的主流軟件，但不適合道路和鐵路等土木工程特點；第二，達索公司從未開發(fā)和提供過針對道路和土木工程的專業(yè)輔助設計軟件工具，當前能夠提供給用戶的只是一個通用的三維建模的工具而已。筆者總結認為，達索公司并沒有提供所謂的道路設計與BIM解決方案的！
四、 國外公司公路BIM解決方案存在的問題
對歐特克、奔特力以及達索等國際性工程軟件公司提供的公路BIM解決方案進行調查、了解和對比，筆者認為以歐特克和奔特力為代表的公路BIM解決方案存在以下共性的問題：
1）專業(yè)的三維設計功能不能覆蓋公路、構造物及其附屬設施的各個專業(yè)
根據(jù)調查，目前以美國歐特克和奔特力等為代表的幾家國際性工程軟件供應商，針對公路工程輔助設計的軟件（CAD）系統(tǒng)均是不完整的，是不能滿足公路多專業(yè)勘測設計的需求的。歐特克公司針對基礎設施行業(yè)提供的Civil3D軟件等，只能完成公路路線部分的平、縱、橫設計功能，奔特力公司針對基礎設施行業(yè)的Power civil軟件，同樣也主要能完成路線方案和路線的平縱橫的設計功能。而以飛機三維設計軟件著稱的法國達索軟件公司，根本就沒有研發(fā)和提供過針對公路工程輔助設計的CAD軟件系統(tǒng)。
對比可見，盡管奔特力提供的公路工程CAD解決方案相比較歐特克公司稍為專業(yè)、全面一些，有橋梁設計和獨立的鋼筋設計等軟件。但總體上，以這兩家軟件為代表供應商均不能提供覆蓋路線、橋梁、涵洞、隧道、擋土墻、土方、交通工程及沿線設施、以及工程地質等多專業(yè)的CAD軟件，缺少對路基、橋涵、隧道、支擋構造物、土方、交通工程及沿線設施、以及工程地質等專業(yè)的輔助設計軟件和功能。而這也是歐特克和奔特力等國際性工程軟件公司的軟件，盡管擁有強大的技術實力，但為什么未能在我國公路勘察設計行業(yè)獲得成功應用的根本原因。
2）不能實現(xiàn)三維設計與BIM自動建模的一體化
與之前的三維設計方式相比較，基于BIM核心的三維設計與交付方式，必然需要構建精確的工程三維實體模型。而構建三維模型，除了必須掌握工程實體的空間幾何信息之外，還需要掌握工程實體的構建、材料等屬性信息。通過本項目深入調研，目前奔特力和歐特克等國際性工程軟件供應商提供的公路工程BIM解決方案，均不能實現(xiàn)相關專業(yè)設計與BIM自動建模的一體化，即既實現(xiàn)不同階段工程設計的任務，同時提供對應的BIM自動建模功能。由于沒有提供路線之外的多專業(yè)（路基、隧道、涵洞、擋土墻、交通工程及沿線設施、工程地質等）的設計軟件和功能，自然也就無法提供與之配套的自動建模功能了。
以歐特克公司為例，其在對公路行業(yè)的BIM解決方案中，搭配了完全針對建筑工程的三維建模軟件—Revit，確切地說，歐特克公司對于其解決方案不能完成的相關專業(yè)，只能建議用戶采用Revit對橋梁、涵洞、隧道、交通工程與安全設施等進行參數(shù)化建模，其實質就是手工翻模罷了。
3）不能滿足常規(guī)設計成果輸出的要求，不能輸出符合我國公路行業(yè)習慣和要求的圖表成果等
目前，國內各級公路的勘察設計項目，絕大多數(shù)均采用國產緯地軟件來完成的，幾乎沒有公路建設項目是采用國外軟件來設計完成的。其中的重要原因除了國外軟件不符合國內勘察設計習慣、未能覆蓋公路設計多專業(yè)的任務需求之外，另一個重要原因是：國外軟件均不能實現(xiàn)國內軟件能夠達到各階段專業(yè)設計和精細化輸出工程詳細設計圖紙的要求。在建筑工程領域中，國產CAD軟件的應用率高于國外軟件的主要原因也在于此。
這里說的“滿足常規(guī)設計成果輸出的要求”，并不是說這些軟件不能輸出成果圖紙，而主要是在于不能自動輸出完全符合國內行業(yè)習慣和相關圖紙編制要求的成果圖紙。相對于國產的緯地軟件而言，這些國外公司的解決方案僅能輸出半成品性質的設計成果圖紙，不能滿足公路行業(yè)對不同階段圖紙的格式、樣式等要求，一般均需要設計人員手工在其基礎上進行再加工和編輯修改。同時，緯地軟件在成果輸出方面的自動化程度和效率，也是國外軟件無法比擬的。多數(shù)設計成果圖表，緯地軟件在自動輸出時，甚至已經(jīng)編排好頁碼，直接可以批量打印了。總體上，在成果圖表輸出這一方面，國外軟件與國內軟件比較，差距非常大。
調研國際、國內及其他工程行業(yè)，BIM技術全工程生命周期應用，均還存在諸多的技術瓶頸和問題，顯然，今天我們尚不能預計，BIM技術是否能徹底改變工程設計成果的提交方式，即完全不用再提交常規(guī)的圖紙成果，而僅僅提交BIM模型？也沒有人可以斷言，到哪一天才能實現(xiàn)直接提交BIM模型的目標的。但可以預計，當前設計成果（各類圖表）的提交方式至少會沿用很多年，甚至幾十年以上的。
那么，對于一套公路BIM解決方案，如果不能按照當前的習慣和要求，輸出常規(guī)的圖紙成果，那么這個BIM解決方案在當下就沒有實際的價值和效率，就是難以推廣、應用的！如果采用這樣的方案，設計與BIM模型創(chuàng)建之間“兩張皮”的現(xiàn)象和瓶頸永遠是無法解決的、也是必然的，因為工程設計人員仍然只能應用現(xiàn)在所采用的三維設計軟件和技術，進行設計并輸出常規(guī)圖紙成果的。
