采用BIM技術，高速公路在電腦屏幕上蜿蜒伸展，橋梁、隧道、涵洞等構造繪物制得精準生動；施工過程中，應用智能化監測手段，大橋“健康狀況”一目了然；安全養護時，數據代替“人跑腿”，養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”）在數字技術的加持下，被賦予蓬勃的生命力。從設計、施工到運維管理，衡永高速設計單位——湖南建投集團旗下湖南省交通規劃勘察設計院有限公司（簡稱“湖南交通設計院”）綜合運用BIM技術、電子沙盤、人工智能等多種數字化手段，支撐起衡永高速建、管、養、運全壽命周期的高質量發展，致力打造湖南乃至全國“數字高速”的標桿。

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），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，建設規模大，涉鐵涉高涉水工程施工牽涉面廣、技術難度大、安全風險高，施工組織較為復雜。如何讓設計、施工人員快速了解到項目所處的空間環境，從而更精準地給出合理設計或施工方案？湖南交通設計院創新地給出了答案：電子沙盤。

傳統設計圖紙效果

電子沙盤效果

    在項目初期，該段高速建設所涉及的近60平方公里的地理空間便被采集成為電子沙盤，這在項目的精細設計、施工組織策劃、征地拆遷時發揮了重要的作用。“我們采用無人機和激光雷達等方式采集數據，電子沙盤的分辨率達到厘米級，誤差僅在五厘米內。”湖南交通設計院空間信息智能感知與大數據研究院副總工程師辛杰介紹，區別于傳統設計圖紙，電子沙盤設計環境采用三維實景展現，可視化方案顯示直觀、修改便捷、便于比選，“傳統地形圖上雖然也能標明相關地物的位置，但電子沙盤可以進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。”三維實景展示便于施工管理人員直觀了解設計方案、精準掌握現場情況，從而更好地進行施工方案布置。在施工籌備時，位置的選擇決定后期進出場距離和時間，通過電子沙盤，人員不必反復前往現場調查，就能直接確定最佳選點，節省了大量的時間和人力。這一創新應用，也使得《衡永高速電子沙盤項目》獲第四屆全國公路微創新大賽銅獎，衡永高速的每個標段都因此節省近百萬元。

    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知識，也能很好地理解施工圖紙。”湖南省衡永高速公路建設開發有限公司總經理楊建斌提到，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，有效保障了后續的施工進度和質量。數字化勘察手段的使用，使得平面圖紙立體展現、實景展示，為設計、施工人員“足不出戶也能決勝千里之外”精準賦能。

BIM技術應用

將未來公路“搬”進電腦屏幕

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

    在方案研究、初步設計以及施工圖設計階段，全流程通過三維模型展現，每一個細節都清晰可見，便于開展方案優化和技術交流；在方案比選中，創新性地提出融入生態紅線和基本農田選線原則，設計師能夠在虛擬環境中看到選線對農田和生態的影響情況，從而快速進行路線的調整和變更；基于數字模型對項目樞紐互通、特殊橋梁、特長隧道開展了全專業的施工圖校核，對坐標、高程、工程量等關鍵要素進行了復核和確認，能夠更準確地評估方案的可行性，并將潛在的問題解決在前期。原本復雜的道路、橋梁、隧道等結構被一一“搬”進了電腦屏幕，成為了一個個生動鮮活的數字模型。“BIM技術就像是我們設計師的一雙‘透視眼’。”湖南交通設計院BIM工程師張昕昊笑著解釋，“它讓我們能夠在設計階段就‘看到’未來高速公路的真實運行狀況，并根據呈現的三維實景，不斷調整優化設計方案！”

BIM平臺演示

為推進基于BIM的可視化施工，湖南交通設計院利用GIS+BIM、物聯網、云計算、嵌入式等數字技術，開發了基于BIM的三維可視化交互管理平臺，實現了全過程的數據匯集、管理、共享與智能決策。這一平臺讓虛擬的數字世界和真實世界產生連接，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進度、質量、安全、人機料等數據，實時掌握現場情況，也能集成設計與施工資料等，形成數字資產匯總，在數據上實現互通性和可視化，在管理上實現電子化和精準化。

三維可視化交互管理平臺相當“聰明”，可以整合施工進度信息數據，對延期任務自動預警；還可以將實際數據與計劃數據對比，發現施工存在的安全質量隱患，并自動關聯至對應的BIM模型部位，設立通病數據庫，通過不斷積累的問題數據，從而規劃隱患排查，監控重點內容。湖南交通設計院依托衡永高速率先開展的BIM實踐應用，已形成了高速公路BIM應用的成套標準體系，并斬獲多項大獎，在2023年榮獲Bentley全球基礎設施年度光輝大獎賽“突出貢獻決賽獎”。

數字化檢測

“監”證大橋健康成長

陳家沙洲湘江大橋是永零高速關鍵控制性工程，“我們采用數字化監測手段對橋梁施工進行全過程動態監控，保證施工過程中結構安全和施工完成后的橋面平順、行車舒適”。湖南交通設計院試驗檢測中心總工何現啟介紹，“數字化監測手段的應用，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’。”

    對于多跨連續橋梁來說，線形和受力狀態的控制至關重要，立模標高、合龍的順序和溫度都需要重點關注。檢測團隊結合施工方案和現場條件，通過有限元計算進行預演推理，制定出了最佳合龍和調控方案，做到了理論上無誤差，實際上誤差控制在一公分內，保證了橋梁線形符合設計要求。為了有效感知橋梁應力和溫度狀況，檢測團隊在大橋主梁里埋設了八十多個應力和溫度傳感器，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”、數字孿生等數字化手段，實時進行應力和合龍前的48小時溫度的監測。相比于傳統的人工監測，數字化監測手段精確度更高，也更省時省力，有效降低了監測成本。

    預應力施工是橋梁施工生命線的重要組成部分，錨下有效預應力作為橋梁施工中的關鍵控制指標，通過智能張拉能直接監測橋梁預應力張拉的實際效果，但目前省內針對錨下預應力的檢測尚無評判標準。湖南交通設計院檢測團隊采用數字化檢測手段實時采集了數據樣本，徹底摸清衡永高速橋梁錨下有效預應力檢測技術底數，建立了基礎數據臺賬，為湖南省《公路橋梁錨下有效預應力檢測技術規程》這一地方性標準的編撰提供了科學決策依據。

人工智能+

數據“指揮”高速安全運維

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

曾經，高速公路的運維養護工作猶如一場“馬拉松”，需要養護人員日復一日地巡查、維修。而隨著數字技術的廣泛應用，高速公路的“心臟”連上了智慧的“脈搏”。衡永高速研發并應用了養護安全管理系統，能實現路上施工作業“一鍵申報、聯合審批、視頻跟蹤”。

    養護人員通過掃描路側報警二維碼獲取位置，就可以上報養護需求、申報交通組織方案，再由交警、路產在線審批，全程不再需要紙質申報，讓數據代替人跑腿，大幅提升了審批速度。養護施工時，錐筒頂部夾放的視頻記錄儀，能夠自動回傳現場位置、圖片和視頻，“一路多方”可在后臺的養護施工一張圖全面查看施工分布和圖像，并實施在線督導。同時，系統還可以通過人工智能技術，自動識別錐筒擺放和回收狀況，精準獲取施工時間和位置，并向互聯網發布施工進展，降低作業風險。湖南交通設計院黨委委員、副總經理張重祿指出：“當前，數字時代加速演進，帶來廣闊的發展空間。湖南交通設計院搶抓數字紅利，在衡永高速上進行了先行探索，數字選線、BIM數字資產管理、電子沙盤、動態監控、數字養護管理等眾多數字化產品不斷創造著新的可能。”在數字化的驅動下，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，引領行業駛向智能出行的美好未來。