基础设施建模和数据管理：数字化交付之路

介绍

宾夕法尼亚收费公路委员会是一个负责 550 多英里高速公路的州机构。随着设计和施工项目越来越复杂，委员会面临着数据管理和项目可交付成果变化方面的多重挑战。随着技术的进步，他们的最终目标是将数字模型作为项目招标的要求。根据当前的挑战和目标，他们与Microdesk合作，整合组织标准，并启动使用Civil 3D软件构建智能3D模型设计的过程。本文概述了已实施的解决方案，包括创建所有 550+ 英里高速公路的主文件、项目可交付成果的 CAD/BIM 标准，以及开发走廊、排水和 ROW 的智能建模工作流，所有这些都具有用于馈送地理信息系统 （GIS） 和资产管理系统的智能。这些解决方案减少了返工，更易于访问数据，并在部门之间建立了集成系统。

背景：宾夕法尼亚收费公路

以下是宾夕法尼亚收费公路的主要道路：

• 收费公路的主线从俄亥俄州线延伸到新泽西州线，横跨宾夕法尼亚州。这大约是356英里。
• 海狸谷大约18英里。
• 南部环城公路目前长约6英里，设计为延伸至约19英里。
• Mon-Fayette高速公路约54英里。
• 格林斯堡高速公路约13英里。
• 东北延伸线约110英里。
• 最近建造的是I-95连接器，长约2.5英里。

除主要道路外，PTC 还负责次要道路，包括立交匝道、通道、服务广场道路、维护道路等。PTC 目前拥有并维护收费公路沿线的 75 个收费设施和 17 个服务广场。随着时间的推移，管理这个高速公路系统所积累的数据量是巨大的，需要有组织和系统的数据管理方法。

PTC 和 Microdesk 的合作伙伴关系

PTC 与 Microdesk 合作，协助创建解决方案，以简化和组织自宾夕法尼亚收费公路委员会成立以来一直在积累的数据。他们不仅需要收集和组织数据，还需要这些数据具有智能性，并在 CAD 和 GIS 之间具有动态互操作性。

这是一个多步骤的过程，其中最新的设计和竣工被定位和组织。这些通常以位于 PTC 各种存储系统中的 pdf 计划集的形式出现。这些 pdf 被转换为 550+ 英里高速公路的主文件。数据管理和基础设施建模解决方案将涉及基于云的文档管理系统，为项目可交付成果建立工程技术标准，并创建智能3D BIM模型和工作流，以为其GIS和设施管理系统提供支持。PTC/Microdesk 合作伙伴关系的最终目的是提供 PTC 解决方案，以减少返工、更轻松地访问数据，并在 PTC 各部门之间为整个收费公路提供智能集成系统。

基础设施建模和数据管理解决方案

在土木 3D 中主 LRS 和 ROW 图形

此过程的第一步是为收费公路创建主图纸。为了有效地管理这一点，对于在Civil 3D中创建的图形，将553英里的主要道路分成大约50英里的增量。为整个收费公路创建了主 LRS（线性参考系统）和 ROW（通行权）图纸，包括主要和次要道路（坡道、通道、服务广场道路等）。首先，定位并利用所有最新的路线和 ROW 图纸来“映射”整个收费公路的每个路线、ROW 线和节点。

• 首先，使用 pdf 计划集中的坐标表绘制路线，其中列出了每个路线几何点的挪威和东向。从那里，从道路规划表中获取曲线数据以绘制所有曲线，包括螺旋曲线。然后，这些路线是代表设计和竣工的动态智能路线。

• 从那里，可以根据动态对齐的站点和偏移量绘制 ROW 的几何形状。

• 然后，利用 pdf 计划集中的站点创建主里程标志符号。

• 然后从那里开始，为所有主要和次要道路开发了行车道线，以代表收费公路上车辆的行驶线。

由于PTC不断进行所有施工项目，因此开发了用于更新主图纸和跟踪更新的系统。这些更新通常每季度进行一次。

路面线条

分包商利用移动激光雷达开发主要道路的光探测和测距（LiDAR）扫描。移动LiDAR数据在Autodesk ReCap中转换和处理，以准备导入Civil 3D。处理后的扫描数据以及扫描图像总计 5.1 TB 的数据。导入Civil 3D后，从LiDAR扫描中为中位数边缘，肩部边缘和路面边缘绘制线条。路面线条是利用偏移和手动操作的组合绘制的，以匹配扫描上指示的路面标记和边缘。

建筑信息模拟/三维模型

该过程的下一步是使用主文件对带有走廊的收费公路进行建模。PTC 指定了他们希望以 3D 形式建模的三个项目。型材和组件是根据pdf设计和竣工计划开发的。从那里，开发了走廊和排水系统。截至目前，大约 30 英里的收费公路已以 3D 形式建模。

地理信息系统和路面资产管理系统

所有这些数据;路线、ROW、里程标、行道、路面线、走廊和排水系统都配备了附加的对象数据，这些数据用于为 PTC 提供 GIS 和路面资产管理系统。路面资产管理系统电子表格将Civil 3D数据链接到GIS。

工程技术标准制定

此次合作中另一项独立但同样重要的努力是为 PTC 制定工程技术标准。Microdesk早在2015年就为此提供了初步帮助。但最新的迭代更加详细和具体。通过这项工作，开发了一份 275 页的文档，概述了可交付成果、命名约定、实践和程序、图纸管理、绘图设置等的标准。

为了配合文档的创建，开发了 AutoCAD 和 Civil 3D 模板，以建立统一的图层、线型、符号系统、样式和设置。这还包括开发图纸模板，这些模板利用图纸集管理器处理各种类型和大小的合同边界。PTC 还允许顾问使用 Bentley 软件，因此 MicroStation 和 OpenRoads 模板以及 CAD 标准也包含在这项工作中。这也带来了为两个软件实体创建标准的挑战，这些标准具有凝聚力并尽可能无缝地相互重合。

开发这些标准和模板的目的是建立准备和提交给 PTC 的基于 CAD 的图纸的要求和程序。遵守该标准可确保 PTC 的所有部门以及外部顾问以一致的格式生成数据。这种一致性将提高这些数据在每个学科和办公室内的兼容性，以及学科和办公室之间数据的有效交换。

作为标准制定的一部分，Microdesk建立了一个检查标准合规性的流程。当外部顾问向 PTC 提交项目时，有一个流程来检查该提交是否符合 PTC 的标准。根据合规性检查流程，顾问将获得提交的项目的通过或失败状态。

PTC 计划继续为设计和施工流程的各个方面制定标准计划。这将包括测量和竣工标准，以创建一致的实践和程序，用于进行调查和收集数据，以及用于生成竣工计划的工作流程。标准化的另一个未来指令是制定BIM和3D建模标准。这将包括有关需要以三维格式提交的内容的指南，以及3D模型外观的一致性。其中一些已经包含在标准的Civil 3D模板中，包括样式等，但BIM标准将更进一步，列出所有3D要求和标准。

到目前为止，开发的每一步和解决方案都有助于实现 PTC 未来的目标和指令。

期待

随着资本规划、预算限制和项目时间表的增加，提高效率的解决方案是利用 BIM 技术创建更高效的工作流程，以便 PTC 能够“事半功倍、事半功倍”。有了这种动机，作为一个政府机构，收费公路委员会是真正的技术领跑者。他们正在寻找通过采用能够实现目标的技术来提高设计、项目和资产管理效率的方法。这种变化的驱动力是对项目要求、规格、计划集类型以及必须管理的数据的增加有更高的要求。

目标

到 2023 年实施数字化交付

数字化交付的期望是向 PTC 提交的项目，以获得高速公路设计的 3D 智能模型。此 3D 模型将用作主要源文档，提交中包含的任何计划集都必须具有从 3D 模型推断的所有信息。

3D 智能模型为设计过程提供了许多好处，包括：

• 更好的项目可视化。这对于地下要素特别有利，并且还为 PTC、利益相关者和承包商提供了轻松的视觉效果，以理解设计意图。
• 减少项目错误和成本。3D智能模型提供具有某些功能的冲突检测，以便设计人员可以在问题被送往施工之前及早发现问题。从而最大限度地减少潜在错误并降低修复这些错误的成本。
• 更多信息和更高的准确性。提交的数量变得更加容易和准确。此外，如果存在计划集可能缺少信息的任何问题，3D 模型可以轻松参考相关位置。例如，横截面图按特定间隔提供，由设计人员自行决定。如果承包商需要查看未包含在横截面表中的横截面，则 3D 模型可以在必要的站点快速提供该横截面。
• 加强设计师和施工团队之间的沟通。3D 智能模型提供了从设计师、施工团队和收费公路委员会更深入地了解项目的方法。因此，这可以通过创建更少的 RFI（信息请求）和建立更牢固的沟通来节省所有团队的时间。

更进一步，施工后的BIM模型将具有有用的优势，作为未来道路维护，重建项目的未来规划以及有效更新资产管理系统的底图。

整个收费公路的3D模型

第二个目标是拥有整个收费公路（所有550 +英里）的3D模型。这个过程已经开始，这里的目标是创建现场已经存在的一切的3D模型。这些模型的大局是收费公路委员会可以向设计公司提供3D模型，并根据项目类型，他们可以对3D模型进行必要的更新。并非 PTC 的每个项目类型都是完全重建的。例如，添加导轨或重新铺设高速公路的一部分。使用预先存在的3D模型，设计公司可以接收现有模型并进行必要的更改。因此，通过不重新创建超出项目范围的整个高速公路路段来降低成本并节省时间。

实施基于云的数据管理系统

有了这么多的信息和数据，组织和文件管理对于成功至关重要。需要有一个数据管理系统，可以轻松共享3D模型并组织项目所需的所有现有信息。目前正在研究这一目标，这是因为选择最佳产品或产品的保证对于收费公路的需求至关重要。但是，数据管理系统有一些已知的要求。数据管理系统将是一个基于云的软件，需要一个符合收费公路规定的安全系统。它还需要在多个团队之间轻松访问信息，更重要的是，它需要处理Civil 3D的3D模型。

项目演变

2015 到 2017

前两年突出了初步研究。这包括查看收费公路委员会当前使用的工作流程，并确定未来设计的最佳解决方案。从那里收集并编译信息，开始将所有现有数据组织到主文件中。这样，所有信息都有一个位置。对齐数据是主要关注点。

2017 到 2019

创建了其他主文件，包括线性参考系统的主 ROW 文件和行进方式。完成后，重点从在一个地方收集所有这些信息（Civil 3D 图纸）转移到主要如何使 Civil 3D 中的所有这些数据与 GIS 系统互操作。因此，为需要访问这些信息的其他机构和利益攸关方提供最新数据。

2019 到 2021

开始开发与工程技术标准制定相一致的3D BIM模型。这些是 3D 智能模型，它不仅仅是提供高速公路设计的 3D 表示。这些模型包含广泛的信息，这些信息都具有BIM互操作性。路线图包括进一步发展工程技术标准，不仅要指定需要使用哪些样式，还要指定需要哪些信息，并提供确保这些信息可以与其他系统互操作的方法，这些系统将成为收费公路成功的一部分。

纵观该项目进入2020年的进展，在过去五年中已经取得了很多成就。这些最初的几年对于收费公路为数字交付计划做好准备至关重要，也是未来三年完成更多工作的基础。

2021 到 2023

在短短几个月内，2021年至2023年的时间表将开始，在此期间将继续开发走廊和排水模型，最终这些项目将与推荐的数据文件管理系统集成。

数字交付计划的一部分将涉及入职顾问和收费公路员工，以帮助创建高效的数字审查程序。这将需要确保设计顾问和承包商了解数字交付提交的要求，并确保有一种组织良好的方法来提供评论和完整的审查。

最终，将有一个试点项目，其中设计公司将利用开发的标准并遵循数字交付提交的所有要求。试点项目的目标是发现任何挑战，看看是否可以优化工作流程，以及是否需要更新BIM标准和工程技术标准。

现在，这项倡议可能有一个雄心勃勃的时间表。但是，我们相信，通过执行所有这些项目可以实现，以便收费公路能够在 2023 年实施数字交付。

PTC 和 Microdesk 合作伙伴关系的未来

随着时间的推移，基础设施发生了重大变化。随着人口的增加以及改善美国现有基础设施系统的必要性，对其进一步发展的需求空前高涨。

技术也在变化，而且速度更快。10年前用于设计的工具与今天使用的工具不同。因此，作为长期目标，Microdesk计划继续协助宾夕法尼亚收费公路委员会提供智能模型，数据管理和任何其他未来技术指令。特别是随着技术的发展，Microdesk 希望确保 PTC 采用的方法最高效且与当前技术保持同步。

结语

如您所见，这过去是，现在仍然是将 PTC 带到全数字化交付的最终目标方面具有挑战性和回报的努力。宾夕法尼亚州收费公路委员会努力成为公路和运输行业的技术和行业领跑者，在Microdesk和Autodesk软件的帮助下，他们将继续引领公路设计和施工的未来。我们希望您能为您的项目带走一些独特的观点和举措。

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Jacquelyn Brown是一名注册专业工程师，持有新泽西州和亚利桑那州的执照。她在Microdesk的纽约市办公室工作了7 +年，首先担任土木解决方案专家顾问，现在担任战略实施经理。在加入Microdesk之前，Jacque在土地开发行业工作了9年，在那里她为各种项目进行了设计，包括小型和大型住宅和商业开发，太阳能项目以及总体规划社区。Jacque现在为运输，土地开发，电力和能源以及港务局（机场，隧道，桥梁，港口，公共交通铁路）行业的各种客户管理项目。她协助这些客户管理和组织数据，开发和建立标准化的内容和程序，BIM模型开发和协调，并提供咨询和咨询支持以及员工培训和指导服务。

Robert “Butch” Loncar是宾夕法尼亚收费公路委员会的工程自动化协调员。布奇是委员会34 +年的雇员，在工程部工作了28年。从1992年开始，作为使用AutoCAD Release 10的绘图员，并逐步完成每个后续的新版本，包括DCA，SoftDesk，Land Desktop到Civil 3D。在过去的 20 年里，他一直担任工程自动化协调员，负责监督工程部内 CADD 系统和其他工程软件和硬件的运营和维护。他还规划、设计、安装、集成、测试、维护和支持工程部门的设备、系统、硬件和软件。还包括PTC工程技术标准的开发和维护，其中包括CAD / BIM，图形和LiDAR标准。Butch 负责监督工程部门的记录保留和数据管理流程。他担任委员会IT部门的联络人，以确保根据委员会的政策满足和维护工程应用程序和桌面技术需求。布奇是委员会数字交付计划的项目经理。

Stephanie Rindosh是Microdesk基础设施服务的解决方案专家。她拥有维拉诺瓦大学的土木工程硕士学位和新泽西学院的土木工程学士学位。她拥有加利福尼亚州的专业工程执照，并持有城市水资源设计认证。她在主要公路设计和施工方面拥有5 +年的行业经验。此前，她领导一个团队为一个大型公路项目进行雨水设计。她的经验包括公路项目规划、雨水盆地建模和设计、排水规划和剖面设计、公路剖面设计、现场施工协调以及侵蚀和沉积物规划。在Microdesk，她为工程公司提供高技能的咨询、培训和指导，以确保将最新的AEC技术集成到他们的设计工作流程中。