国外公司公路BIM解决方案存在的问题
2017-12-08
近年来，国内外各工程软件厂商纷纷推出了针对公路工程领域的BIM解决方案，在对几家国外公司的解决方案进行调研总结之前，需要首先对这些解决方案的总体情况和销售模式进行简要分析。
与BIM理念推广相配合，国际性软件厂商对应改变以往软件产品授权和销售模式，从以往直接销售软件产品并收取一定升级服务费用的方式，改变为系统性推广专业领域解决方案的模式。例如，在全球具有较大影响力的美国欧特克公司和奔特力公司等，均对各自原有的多个专业软件产品进行一定程度的整合，然后针对不同专业领域，推出各自的解决方案。按照各自对行业应用和BIM等的理解，这些解决方案，不仅包含了有针对性的专业软件，但还包含了一部分在当前和现状工程设计中，极少使用的软件产品等。例如：在欧特克公司针对公路、铁路等领域的解决方案中，除了有一定专业性的Civil 3D软件（包含了autocad CAD平台）之外，还包含了Revit、3DMAX等一些公路、铁路勘察设计企业较少使用的软件产品。当然，在说法上是从工程全生命周期BIM技术应用的目的了。与销售模式的变化对应，这些公司解决方案的收费方式，也已逐步改变为按照年度收取“年费”的方式了。
以下内容，重点对几家国外工程软件公司的公路BIM解决方案进行调研总结，最后，分析总结了国外相关公路BIM解决方案存在的主要问题。其中涉及到的具体软件产品的名称，可能与其最新的解决方案叫法有所差异。
一、 美国奔特力工程软件（Bentley）公路BIM解决方案
奔特力公司针对土木工程行业提供了多种、多专业的软件解决方案，但由于部分软件产品是针对某些特定地区环境的，所以奔特力一些在编的软件产品，并没有全部在中国市场推广和应用。其中对道路设计与BIM方向，该公司在中国市场推出的最新的解决方案主要包括以下软件产品：
1. PowerCivil软件
该软件以MicroStation为平台，是在奔特力之前的例如Inroads路线设计软件产品基础上，再次整合、开发而形成的新的主要针对道路和铁路工程的路线设计需求的辅助设计软件。该软件能够实现路线平、纵、横的交互式几何设计，能够同时输出路线主体的BIM模型等。同时，该软件还可以处理复杂的地下工程中类似地铁与管廊的三维建模与设计任务。
尽管奔特力公司以PowerCivil软件为核心的、道路工程行业的解决方案，相对欧特克等公司而言更为专业、全面一些，尽管PowerCivil软件的前身已经在北美和一些国家地区有很高的认可度和一定的应用，但目前在中国公路、城市道路等勘察设计市场中，其应用却是极少的，调查未收集到有用户在实际公路项目设计中采用PowerCivil软件报道。
2. Bridge Master软件
该软件同时以MicroStation和autocad为CAD平台，提供针对公路桥梁设计的专业软件产品等，能完成各类公路桥梁的桥位布置、方案优化和成果输出等功能。BridgeMaster软件产品是该公司在2010年左右通过收购国内北京跨世纪软件公司的一款针对中国市场的桥梁设计软件（桥梁大师）。概括来说，BridgeMaster的主要功能是桥梁设计与绘图，并且可以在桥梁布设的同时，快速构建桥梁的BIM模型，但该软件不具备桥梁结构分析计算部分的功能。
由于该软件的前身是国内一款较为成熟的桥梁辅助设计软件（桥梁大师），并且在国内公路勘察设计市场具有较多的应用的，后被收购到奔特力公司旗下，因此，如果说奔特力公司在软件在国内公路勘察设计行业中有所应用的话，那么主要的用户群体应该是原有跨世纪桥梁大师（BridgeMaster）的用户吧。
3. Rm bridge软件
Rm bridge软件的前身应该是奥地利公司开发的TDV RM软件，后经并购归入奔特力旗下。Rm bridge是一款专门的桥梁等结构计算分析软件，是基于有限元分析原理和方法的桥梁结构分析软件系统。奔特力官方对该软件介绍是：世界顶级桥梁计算软件,3D结构的模拟使用了一个类似于CAD的前处理器，包括定义平曲线与竖曲线。3D结构用关联时间轴的4D计算方法来模拟分析。没有任何桥型和施工顺序的限制。程序综合吸收了14个国际设计标准，在这些标准下进行特定的SLS及 ULS验算。许多国际顾问公司和全球上千座桥梁的设计都使用这个强有力的工程设计程序。
但根据了解，该软件在国内相对于韩国的迈达斯桥梁结构分析软件而言，用户数量很少。而且，奔特力公司也并未将其作为BIM解决方案的一部分，说明该软件的主要功能仍然在结构分析计算方面，对桥梁结构等BIM建模方面并无介绍和说明。
4. ProSteel 3D软件
该软件是一款基于MicroStation CAD平台的、全参数化（Parametric）并以资料库为导向（Spec-Driven）的 3D 钢结构绘图设计，及施工图 （Shop drawing） 软件系统。对该软件在国内市场应用的报道和信息较少，间接说明该软件产品在国内市场的应用也应该是较少的。在公路工程领域，也没有相关报道。
5. ProjectWise协同管理软件
与其他工程软件供应商比较，奔特力公司提供的ProjectWise 是一款工程协同管理类的软件。该软件产品是一个工程项目团队协同工作的软件系统，用于帮助团队提高质量、减少返工并确保项目按时完成。这一协同工作可以是工程项目阶段不同设计单位之间或内部的协同管理，也可以是施工建设阶段参建各方之间的协同管理。据调查，目前世界范围内针对工程协同管理类的软件是相对较少的，而奔特力公司的ProjectWise是该公司在工程管理领域的一个亮点。但由于不同地区、不同项目、不同企业之间均存在较大的差异性，因此，要采用ProjectWise实现协同管理和设计，均需要结合项目和企业管理流程、特点等进行一定程度的二次开发。
据笔者了解，几年前在公路勘察设计行业中，有个别设计单位曾经引进过奔特力的ProjectWise软件，并进行了一定多专业协同设计方面的开发和应用。但总体而言，其研发和后续应用尚不能称之为是成功的。
二、 美国欧特克软件（Autodesk）公路BIM解决方案
欧特克公司提出的对道路工程的BIM解决方案包括多款软件产品共同组成，主要包括：
1. Civil 3D软件
Civil 3D软件是欧特克公司在autocad CAD平台的基础上，大概从2004年度左右开始发布的针对土工工程领域的CAD软件。与autocad CAD平台比较，Civil 3D软件在其基础上，增加了数字地面模型、管道设计、道路设计、边坡与坝体设计等面向土木工程辅助设计的功能。确切地说，如果说autocad是适合于各行各业的CAD设计制图平台的话，那么Civil 3D就是针对土木工程行业更为专业的辅助设计软件了。这是欧特克公司从提供工程基础性CAD平台软件逐步向更为细分专业的工程设计领域进军的代表。在Civil 3D发布之初，国内建筑、水电、道路等工程行业的、基于autocad CAD平台进行开发的细分专业的工程设计软件厂商，纷纷感觉到前所未有的压力，纷纷惊呼“狼来了”！
但是，经过近十余年的市场化发展，欧特克通过Civil 3D软件进入中国（包括其他一些国家和地区）土木工程行业细分软件市场的计划似乎进展并不顺利，一直处于尴尬的局面。在公路、铁路、市政工程等专业领域，勘察设计企业选择并直接使用Civil 3D的案例极少，实际应用需求几乎为零。因为与公路行业中国产的纬地软件等比较，Civil 3D的功能过于粗犷、简单化，根本无法满足专业设计的需要。而纬地软件等的功能更贴合国内勘察设计习惯、更符合专业特点，即便是对于成果输出部分，也更为自动化、高效。由此导致长期以来，尽管欧特克公司Civil 3D软件在autocad CAD平台上专门开发增加了一系列面向道路设计、地图测绘、水电管网、坝体和放坡设计等功能，但却只能在国内市场环境中，一直采取以与autocad CAD基础平台完全相同的价格推广和销售。实际上，在公路、铁路、市政工程勘察设计企业中，用户采购和使用的只是autocad CAD平台而已。
上述国外专业CAD软件难以在国内公路、市政和铁路工程等行业推广应用的另一个本质原因在于：国内与国外工程建设模式、勘察设计阶段与深度等存在较大的差异性。在国内，工程勘察设计单位要一般要完成项目可行性研究、初步设计，乃至施工图设计（详细设计），而国外设计咨询单位的工作深度仅相当于国内的初步设计阶段。由于建设模式不同，国外工程的详细设计一般施工企业自主完成。同时，各国不同工程行业进行工程设计的习惯和成果表达方式不尽相同，且各细分的工程专业领域繁多。
据了解，Civil 3D软件在国内水电工程行业中已经有所应用，主要在构建数字地面模型和工程三维模型等方面，且其应用尚未解决对应的工程详细设计和成果输出等方面的问题。在建筑工程方面，国产的CAD软件更适合国内勘察设计习惯和成果表达要求，因此，建设工程领域国内自主开发的类似建研院PKPM软件、天正建筑软件、斯维尔建筑软件等软件似乎应用更为广泛一些。而Civil 3D软件在国内道路（公路与城市道路）和铁路等勘察设计行业中的应用，早前更是鲜有报道的。在公路勘察设计行业中，中交一公院纬地软件处于市场占有率95%以上。笔者分析认为：Civil 3D软件之所以能在水电等工程行业获得一定的推广和应用，主要原因在于：水电工程领域或者由于属于小专业的缘故吧，早前不论是国产的、还是国外的专业CAD软件，几乎处于空白状态的。在缺少细分的专业CAD软件的条件下，与手工设计绘图、与直接在autocad CAD平台点线绘图相比较，水电工程等勘察设计行业用户，也只能选择Civil 3D开展设计了。毕竟Civil 3D中已经集成了部分坝体、放坡和场地平整等部分功能了。
2. Revit软件
Revit 是欧特克公司在2002年通过收购方式推出的一款建筑工程设计与建模、分析、维护的软件。Revit能够设计和建立各类复杂的建筑工程模型，甚至是复杂的曲面模型。基于构建的工程模型，Revit还可以实现对工程施工过程的模拟推演，即所谓的虚拟建造的过程。目前，欧特克公司在工程行业领域中，介绍和宣传最多的符合工程BIM理念的软件技术莫过于Revit了，随着欧特克公司最早在国际工程行业倡导的BIM设计理念的深入，工程BIM技术获得越来越多的认可，Revit在建设行业中的应用也愈加广泛了。据调查，Revit也逐步开始在电气和水电等行业中有所应用了。
在建筑工程设计软件领域，除了国内针对建筑工程领域的国产CAD软件之外，与Revit功能相近且具有较强竞争力的工程软件是匈牙利Graphisoft公司开发的ArchiCAD建筑软件。相比较与欧特克公司，匈牙利Graphisoft公司是更早进行建筑三维设计和提出“虚拟建筑”概念的。由于ArchiCAD软件坚持自主的建筑行业，并未涉足道路与铁路工程等行业，因此，编者不再单独介绍该公司和软件。
但在对Revit研发历程和专业功能做调研对比之后，笔者认为可以确切地说：Revit本身主要是针对建筑工程设计与建模的软件产品，并非针对道路与铁路工程设计的软件产品，也并非针对电气、水电等行业的。电气和水电行业中开始应用Revit软件的原因大致同前，那就是水电和电气等行业缺少符合专业特点的三维设计软件所导致的。对于道路和铁路工程行业，欧特克公司提供Revit的目的仅仅在于，让用户能够使用Revit作为建模的工具，可以交互式建立部分公路构造物例如桥梁、隧道等的三维模型而已，因为欧特克对道路和铁路工程的这些附属工程设施原本就没有专业的设计软件和工具。详细了解欧特克对道路行业解决方案，实际上Revit对于道路行业，几乎是难以适用的，这主要源于道路与铁路工程属于典型线性、不规则工程的特点。
3. Infrastructure Modeler软件
Infrastructure Modeler是欧特克近期才研发推出的一款工程概念设计的工具性软件。根据欧特克公司的介绍材料，该软件可帮助项目工程师和规划专家可视化方式创建、评估和沟通丰富的基础设施提案，从而更快捷获得项目审批。Infrastructure Modeler 能帮助用户创建出真实再现自然和建筑环境的模型，在一个模型中评估多个项目概念设计，并将视觉效果形象、逼真的建议方案传达给建设相关方。据了解，该软件为新近推出的概念性设计工具软件，并未有工程应用的案例和条件。
欧特克公司认为该软件将会是其在土木工程设计的一个重要发展方向，主要功能在于完成类似于国内工程的“工程可行性研究”阶段的方案设计或者概念设计的目标，所以，准确的说：Infrastructure Modeler目前还只是欧特克公司的一个新的没有实际应用的新产品。该产品是否能获得用户认可、是否能把工程设计的前期与后期划分开来还有待市场反馈。笔者认为：尽管该软件的“概念设计”思想似乎存在，但是由于该软件并未基于CAD平台，不能输出设计图纸（国内各类公路和铁路建设项目，即使工程可行性研究阶段，也是需要对应输出图纸等成果的），仅仅输出三维项目效果图和粗略的工程量的话，那么该软件存在的实际价值，还是个未知数。
4. 3DMax Design软件
众所周知，3DMAX原本是欧特克收购的一款针对数字娱乐业三维模型制作和渲染的软件产品，我们以往所能见到的很多各类视频动画、3D电影等效果多数是由该软件为主完成。一般认为，该软件最大的功能亮点在于快捷的建立各种物品和场景的三维模型，并能够实现精细、逼真的渲染效果。显然，欧特克在道路BIM解决方案中提供该软件，其目的仅仅在于让用户能对工程模型进行更为精细、效果更好的渲染方面。
实际上，尽管3DMAX是针对消费娱乐业领域的一款三维制作和渲染软件，但是无论是道路还是建筑等各类工程领域，大约从20多年前起就已经在不同程度的应用3DMAX进行工程模型的渲染和动画制作了，由此可见，在工程BIM领域宣传最为发力的欧特克公司在光鲜的BIM解决方案的“新瓶”中，已经装了不少的旧酒了。或者可以理解为，欧特克公司本来就认为，应用3DMAX等软件制作精美的工程三维效果和动画，本来就是工程领域BIM技术应用的必然内容的。而这与现在工程行业中，一些已经被BIM概念影响的工程师们的认识大相径庭了，因为在他们认为：工程BIM首先就是要抛弃3DMAX等软件应用的。
三、 法国达索软件（Dassault System）公路BIM解决方案
据调研，目前在土工工程行业中，确实有个别企业、有团队正在基于达索公司的CATIA软件进行二次开发，实现城市道路的部分设计与建模功能，因为CATIA软件具有特色的参数化建模的功能。但是，无论从平台发展，还是各专业功能领域，笔者认为基于CATIA软件解决土木工程的设计和BIM需求的路径，都是难以长期发展的。因为：第一，达索公司的核心软件产品是针对工业设计与制造的主流软件，但不适合道路和铁路等土木工程特点；第二，达索公司从未开发和提供过针对道路和土木工程的专业辅助设计软件工具，当前能够提供给用户的只是一个通用的三维建模的工具而已。笔者总结认为，达索公司并没有提供所谓的道路设计与BIM解决方案的！
四、 国外公司公路BIM解决方案存在的问题
对欧特克、奔特力以及达索等国际性工程软件公司提供的公路BIM解决方案进行调查、了解和对比，笔者认为以欧特克和奔特力为代表的公路BIM解决方案存在以下共性的问题：
1）专业的三维设计功能不能覆盖公路、构造物及其附属设施的各个专业
根据调查，目前以美国欧特克和奔特力等为代表的几家国际性工程软件供应商，针对公路工程辅助设计的软件（CAD）系统均是不完整的，是不能满足公路多专业勘测设计的需求的。欧特克公司针对基础设施行业提供的Civil3D软件等，只能完成公路路线部分的平、纵、横设计功能，奔特力公司针对基础设施行业的Power civil软件，同样也主要能完成路线方案和路线的平纵横的设计功能。而以飞机三维设计软件著称的法国达索软件公司，根本就没有研发和提供过针对公路工程辅助设计的CAD软件系统。
对比可见，尽管奔特力提供的公路工程CAD解决方案相比较欧特克公司稍为专业、全面一些，有桥梁设计和独立的钢筋设计等软件。但总体上，以这两家软件为代表供应商均不能提供覆盖路线、桥梁、涵洞、隧道、挡土墙、土方、交通工程及沿线设施、以及工程地质等多专业的CAD软件，缺少对路基、桥涵、隧道、支挡构造物、土方、交通工程及沿线设施、以及工程地质等专业的辅助设计软件和功能。而这也是欧特克和奔特力等国际性工程软件公司的软件，尽管拥有强大的技术实力，但为什么未能在我国公路勘察设计行业获得成功应用的根本原因。
2）不能实现三维设计与BIM自动建模的一体化
与之前的三维设计方式相比较，基于BIM核心的三维设计与交付方式，必然需要构建精确的工程三维实体模型。而构建三维模型，除了必须掌握工程实体的空间几何信息之外，还需要掌握工程实体的构建、材料等属性信息。通过本项目深入调研，目前奔特力和欧特克等国际性工程软件供应商提供的公路工程BIM解决方案，均不能实现相关专业设计与BIM自动建模的一体化，即既实现不同阶段工程设计的任务，同时提供对应的BIM自动建模功能。由于没有提供路线之外的多专业（路基、隧道、涵洞、挡土墙、交通工程及沿线设施、工程地质等）的设计软件和功能，自然也就无法提供与之配套的自动建模功能了。
以欧特克公司为例，其在对公路行业的BIM解决方案中，搭配了完全针对建筑工程的三维建模软件—Revit，确切地说，欧特克公司对于其解决方案不能完成的相关专业，只能建议用户采用Revit对桥梁、涵洞、隧道、交通工程与安全设施等进行参数化建模，其实质就是手工翻模罢了。
3）不能满足常规设计成果输出的要求，不能输出符合我国公路行业习惯和要求的图表成果等
目前，国内各级公路的勘察设计项目，绝大多数均采用国产纬地软件来完成的，几乎没有公路建设项目是采用国外软件来设计完成的。其中的重要原因除了国外软件不符合国内勘察设计习惯、未能覆盖公路设计多专业的任务需求之外，另一个重要原因是：国外软件均不能实现国内软件能够达到各阶段专业设计和精细化输出工程详细设计图纸的要求。在建筑工程领域中，国产CAD软件的应用率高于国外软件的主要原因也在于此。
这里说的“满足常规设计成果输出的要求”，并不是说这些软件不能输出成果图纸，而主要是在于不能自动输出完全符合国内行业习惯和相关图纸编制要求的成果图纸。相对于国产的纬地软件而言，这些国外公司的解决方案仅能输出半成品性质的设计成果图纸，不能满足公路行业对不同阶段图纸的格式、样式等要求，一般均需要设计人员手工在其基础上进行再加工和编辑修改。同时，纬地软件在成果输出方面的自动化程度和效率，也是国外软件无法比拟的。多数设计成果图表，纬地软件在自动输出时，甚至已经编排好页码，直接可以批量打印了。总体上，在成果图表输出这一方面，国外软件与国内软件比较，差距非常大。
调研国际、国内及其他工程行业，BIM技术全工程生命周期应用，均还存在诸多的技术瓶颈和问题，显然，今天我们尚不能预计，BIM技术是否能彻底改变工程设计成果的提交方式，即完全不用再提交常规的图纸成果，而仅仅提交BIM模型？也没有人可以断言，到哪一天才能实现直接提交BIM模型的目标的。但可以预计，当前设计成果（各类图表）的提交方式至少会沿用很多年，甚至几十年以上的。
那么，对于一套公路BIM解决方案，如果不能按照当前的习惯和要求，输出常规的图纸成果，那么这个BIM解决方案在当下就没有实际的价值和效率，就是难以推广、应用的！如果采用这样的方案，设计与BIM模型创建之间“两张皮”的现象和瓶颈永远是无法解决的、也是必然的，因为工程设计人员仍然只能应用现在所采用的三维设计软件和技术，进行设计并输出常规图纸成果的。
