采用BIM技术，高速公路在电脑屏幕上蜿蜒伸展，桥梁、隧道、涵洞等构造绘物制得精准生动；施工过程中，应用智能化监测手段，大桥“健康状况”一目了然；安全养护时，数据代替“人跑腿”，养护需求可以一键申报……近日通车的G7221衡南高速衡阳至永州段（简称“衡永高速”）在数字技术的加持下，被赋予蓬勃的生命力。从设计、施工到运维管理，衡永高速设计单位——湖南建投集团旗下湖南省交通规划勘察设计院有限公司（简称“湖南交通设计院”）综合运用BIM技术、电子沙盘、人工智能等多种数字化手段，支撑起衡永高速建、管、养、运全寿命周期的高质量发展，致力打造湖南乃至全国“数字高速”的标杆。

衡永高速

一盘观全局

三维实景告别“纸上谈兵”

    此次通车的G7221衡南高速衡阳至永州段和S81永贺高速永州至零陵段，全长165公里，跨衡阳、永州9个市县（区），4次与已通车高速相交，7次上跨下穿铁路，4次跨越较大湘江干流和支流，以长隧道穿越祁山山脉，建设规模大，涉铁涉高涉水工程施工牵涉面广、技术难度大、安全风险高，施工组织较为复杂。如何让设计、施工人员快速了解到项目所处的空间环境，从而更精准地给出合理设计或施工方案？湖南交通设计院创新地给出了答案：电子沙盘。

传统设计图纸效果

电子沙盘效果

    在项目初期，该段高速建设所涉及的近60平方公里的地理空间便被采集成为电子沙盘，这在项目的精细设计、施工组织策划、征地拆迁时发挥了重要的作用。“我们采用无人机和激光雷达等方式采集数据，电子沙盘的分辨率达到厘米级，误差仅在五厘米内。”湖南交通设计院空间信息智能感知与大数据研究院副总工程师辛杰介绍，区别于传统设计图纸，电子沙盘设计环境采用三维实景展现，可视化方案显示直观、修改便捷、便于比选，“传统地形图上虽然也能标明相关地物的位置，但电子沙盘可以进一步展示它们的形状和大小，这对于征地拆迁等工作具有重要意义。”三维实景展示便于施工管理人员直观了解设计方案、精准掌握现场情况，从而更好地进行施工方案布置。在施工筹备时，位置的选择决定后期进出场距离和时间，通过电子沙盘，人员不必反复前往现场调查，就能直接确定最佳选点，节省了大量的时间和人力。这一创新应用，也使得《衡永高速电子沙盘项目》获第四届全国公路微创新大赛铜奖，衡永高速的每个标段都因此节省近百万元。

    值得一提的是，电子沙盘的作用不止于此。“电子沙盘大幅降低了施工人员的看图门槛，他们不需要具备专业知识，也能很好地理解施工图纸。”湖南省衡永高速公路建设开发有限公司总经理杨建斌提到，对于新员工来说，以前可能要一到两个月才能摸清项目情况，现在通过电子沙盘，只需一到两天就能全面掌握项目重难点，有效保障了后续的施工进度和质量。数字化勘察手段的使用，使得平面图纸立体展现、实景展示，为设计、施工人员“足不出户也能决胜千里之外”精准赋能。

BIM技术应用

将未来公路“搬”进电脑屏幕

    首次将BIM深化设计纳入设计流程、首次开展基于BIM的施工图技术交底、首次基于BIM的数字化管理项目……在衡永高速设计过程中，湖南交通设计院将BIM技术的作用发挥得淋漓尽致。

    在方案研究、初步设计以及施工图设计阶段，全流程通过三维模型展现，每一个细节都清晰可见，便于开展方案优化和技术交流；在方案比选中，创新性地提出融入生态红线和基本农田选线原则，设计师能够在虚拟环境中看到选线对农田和生态的影响情况，从而快速进行路线的调整和变更；基于数字模型对项目枢纽互通、特殊桥梁、特长隧道开展了全专业的施工图校核，对坐标、高程、工程量等关键要素进行了复核和确认，能够更准确地评估方案的可行性，并将潜在的问题解决在前期。原本复杂的道路、桥梁、隧道等结构被一一“搬”进了电脑屏幕，成为了一个个生动鲜活的数字模型。“BIM技术就像是我们设计师的一双‘透视眼’。”湖南交通设计院BIM工程师张昕昊笑着解释，“它让我们能够在设计阶段就‘看到’未来高速公路的真实运行状况，并根据呈现的三维实景，不断调整优化设计方案！”

BIM平台演示

为推进基于BIM的可视化施工，湖南交通设计院利用GIS+BIM、物联网、云计算、嵌入式等数字技术，开发了基于BIM的三维可视化交互管理平台，实现了全过程的数据汇集、管理、共享与智能决策。这一平台让虚拟的数字世界和真实世界产生连接，真正做到了“所见即所得”，管理人员通过“一个面板”就能随时查看工程建设进度、质量、安全、人机料等数据，实时掌握现场情况，也能集成设计与施工资料等，形成数字资产汇总，在数据上实现互通性和可视化，在管理上实现电子化和精准化。

三维可视化交互管理平台相当“聪明”，可以整合施工进度信息数据，对延期任务自动预警；还可以将实际数据与计划数据对比，发现施工存在的安全质量隐患，并自动关联至对应的BIM模型部位，设立通病数据库，通过不断积累的问题数据，从而规划隐患排查，监控重点内容。湖南交通设计院依托衡永高速率先开展的BIM实践应用，已形成了高速公路BIM应用的成套标准体系，并斩获多项大奖，在2023年荣获Bentley全球基础设施年度光辉大奖赛“突出贡献决赛奖”。

数字化检测

“监”证大桥健康成长

陈家沙洲湘江大桥是永零高速关键控制性工程，“我们采用数字化监测手段对桥梁施工进行全过程动态监控，保证施工过程中结构安全和施工完成后的桥面平顺、行车舒适”。湖南交通设计院试验检测中心总工何现启介绍，“数字化监测手段的应用，使大桥‘健康状况’一目了然，确保每阶段施工都处于最佳状态’。”

    对于多跨连续桥梁来说，线形和受力状态的控制至关重要，立模标高、合龙的顺序和温度都需要重点关注。检测团队结合施工方案和现场条件，通过有限元计算进行预演推理，制定出了最佳合龙和调控方案，做到了理论上无误差，实际上误差控制在一公分内，保证了桥梁线形符合设计要求。为了有效感知桥梁应力和温度状况，检测团队在大桥主梁里埋设了八十多个应力和温度传感器，并采用了JMZX-8A综合自动采集模块、JMWT-64温度自动采集模块、“柔性相机”、数字孪生等数字化手段，实时进行应力和合龙前的48小时温度的监测。相比于传统的人工监测，数字化监测手段精确度更高，也更省时省力，有效降低了监测成本。

    预应力施工是桥梁施工生命线的重要组成部分，锚下有效预应力作为桥梁施工中的关键控制指标，通过智能张拉能直接监测桥梁预应力张拉的实际效果，但目前省内针对锚下预应力的检测尚无评判标准。湖南交通设计院检测团队采用数字化检测手段实时采集了数据样本，彻底摸清衡永高速桥梁锚下有效预应力检测技术底数，建立了基础数据台账，为湖南省《公路桥梁锚下有效预应力检测技术规程》这一地方性标准的编撰提供了科学决策依据。

人工智能+

数据“指挥”高速安全运维

    走上衡永高速，打开“湘行相伴”APP，服务区加油站和充电桩的使用情况一目了然，司机朋友不再担心因为找不到加油位或充电位而耽误行程。湖南交通设计院利用视频人工智能技术，在省内首次研发和应用了服务区视频智能分析系统，由人工智能充当“服务区管家”，不仅可以自动识别加油站排队、充电位占用、车辆违规停放、垃圾堆放等问题，及时告警运营管理人员，还能通过远程喊话来指挥停车、通知清扫、调配疏导等，变“被动运营”为“主动管理”。

曾经，高速公路的运维养护工作犹如一场“马拉松”，需要养护人员日复一日地巡查、维修。而随着数字技术的广泛应用，高速公路的“心脏”连上了智慧的“脉搏”。衡永高速研发并应用了养护安全管理系统，能实现路上施工作业“一键申报、联合审批、视频跟踪”。

    养护人员通过扫描路侧报警二维码获取位置，就可以上报养护需求、申报交通组织方案，再由交警、路产在线审批，全程不再需要纸质申报，让数据代替人跑腿，大幅提升了审批速度。养护施工时，锥筒顶部夹放的视频记录仪，能够自动回传现场位置、图片和视频，“一路多方”可在后台的养护施工一张图全面查看施工分布和图像，并实施在线督导。同时，系统还可以通过人工智能技术，自动识别锥筒摆放和回收状况，精准获取施工时间和位置，并向互联网发布施工进展，降低作业风险。湖南交通设计院党委委员、副总经理张重禄指出：“当前，数字时代加速演进，带来广阔的发展空间。湖南交通设计院抢抓数字红利，在衡永高速上进行了先行探索，数字选线、BIM数字资产管理、电子沙盘、动态监控、数字养护管理等众多数字化产品不断创造着新的可能。”在数字化的驱动下，衡永高速不仅运维管理变得更加便捷高效，更成为了一条充满智慧与活力的信息高速公路，引领行业驶向智能出行的美好未来。