数字孪生助城市枢纽公路段重建更高效

明尼苏达州的通道改造

169 号公路走廊是明尼苏达州中部一条重要的南北干线，连通大湖区、“双子城”（明尼阿波利斯及其毗邻的圣保罗）和日益繁荣的埃尔克河、齐默曼和普林斯顿贸易中心。明尼苏达州交通运输部按照明尼苏达州商业走廊计划，启动了 169 号公路埃尔克河三英里长路段的重新设计和重建项目，将其改造为高速公路。该路段沿线的信号交叉口已不堪重负，多次导致重大延误和安全问题。鉴于车辆和行人的密集出行，需要对公路进行翻新，以提高安全性并降低该地区的交通事故率。

重建工程包括用互通式立交取代信号交叉口，整合入口，并翻新当地道路，在新的互通式立交中创建便捷通道，进而解决运营、基础设施和交通问题。明尼苏达州交通运输部与 WSB 签订合同，由 WSB 提供并监督项目的最终设计，其中涉及将四个信号控制的十字路口改造为互通式立交，升级和迁移公共设施和地下基础设施，以及设计道路、排水和桥梁元素。高速公路完工后，预计将每天减少 1,000 多小时的道路延误，每年降低 170 万美元的事故成本，最终改善整个明尼苏达州的交通状况。

成本上限、协作和复杂的土方工程计算

该项目由该州的商业走廊计划特别资助，WSB 的最大工程费用为 1.3 亿美元，不允许超出。为了不超出预算并解决复杂的土方工程问题，WSB 需要在设计流程中保证迭代性和灵活性，并能够实时获知材料数量以进行准确的成本分析。

除了需要解决土方工程和严格的预算挑战外，该项目还将以 CMGC 的方式实施，将施工经理和总承包商 (CMGC) 纳入设计流程。虽然这种方式有助于在项目早期保持更好的协作性，但需要在整个设计和施工过程中协调众多利益相关方、团队成员和明尼苏达州交通运输部。WSB 项目经理 Peter Muehlbach 表示：“若能够充分利用 CMGC 设计流程，可以为设计师和承包商提供良好的协作环境；然而，我们需要确保 CMGC 流程高效性、有效性和经济性，以便于施工。”鉴于上述技术、成本和协调方面的挑战，WSB 认为需要使用先进的工程设计方法和程序，以充分利用三维模型、实施协同数字化工作流、交付无纸化设计并生成数字孪生模型。

利用 Bentley 的集成式技术应用程序

WSB 选择了 Bentley iTwin 平台和 Bentley 开放式建模、可视化和施工模拟应用程序，包括 ContextCapture、OpenRoads 和 ProjectWise 等，以建立互连数据环境和协同数字化工作流。通过这些先进技术，他们在设计阶段开发了可在项目全生命周期中使用的可持续解决方案。WSB 与 Bentley 合作开发了三维元素的工作空间、标准和模板，然后生成三维模型，并使用数字模型和软件来执行碰撞检测，以检查设计的准确性并确保可构建性。此外，他们使用 Bentley 网络应用程序搭建了一个集成平台，并通过该平台在每周团队会议上共享和交流三维 BIM 模型和数字设计。​WSB 首席运营官 Jon Chiglo 表示：“通过采用 Bentley 的技术，可以保证项目团队和所有项目利益相关方之间的协作更为顺畅。我们利用这些工具在内外部会议上传达具有挑战性的设计约束信息，确保在整个团队中建立这种协作和共享文化。”

他们使用三维 BIM 模型在互连数字化环境中工作，创建了从设计到施工的无缝工作流，其允许以数字方式导入和访问信息，同时改善了现场沟通效率。他们使用三维模型评估 CMGC 承包商的进度，并通过 SYNCHRO 创建了 4D 模型，准确显示承包商各个时间段的道路修建进度。4D 建模策略简化了施工管理难度，缩短了排水和公共设施的迁移过程，并降低了设计解决方案的成本，使之能够适应 CMGC 的价格变化。如果没有 Bentley 的集成建模应用程序，团队将无法顺利向 CMGC 提供设计和材料数量，而这是不超过最大工程费用的重要保证。

利用数字化树立行业标杆

在数字化设计环境中，将三维 BIM 模型、四维模型和五维成本结构相结合可以节约大量成本并获得巨大效益。通过使用 Bentley 的 BIM、实景建模和施工模拟应用程序，已帮助客户节省超过 1,200 万美元，预计 2022 年初的投资回报率为 1,500 万至 1,800 万美元。团队利用碰撞检测工具，提前 18 个月完成了 58.7 英里线路的公共设施迁移。他们使用 ContextCapture 创建现有状况的精确实景模型，提前确定了施工限制条件，使公共设施迁移比计划提前两个月开始。将三维模型与四维施工进度同步，有助于确定潜在的施工碰撞，将施工进度加快了三个月，节省了 485,569 美元。

他们在工程设计早期使用 Bentley iTwin 平台创建数字孪生模型，以逼真、虚拟的方式展现将要构建的内容，使利益相关方能够轻松地审查项目产生的影响。明尼苏达州交通运输部项目经理 Darren Nelson 表示：“通过三维模型，我们能够以全新的视角查看设计。我们可以实时看到设计变更，这为明尼苏达州交通运输部的决策过程提供了很大的灵活性。”施工完成后，该项目将提供准确的数字孪生竣工模型，可用于未来的资产管理。

2021 年 8 月，WSB 向明尼苏达州交通运输部交付了首个无纸化道路施工计划。这是明尼苏达州交通运输部第一个使用数字技术交付的项目。美国各地的许多交通部门仍在使用传统的施工计划，这一项目为行业的数字化进程奠定了基础。Chiglo 表示：“在 WSB 的领导下，169 号公路埃尔克河路段项目设计团队表现出极强的创新性和技术创造力，为明尼苏达州未来的三维建模、可视化和跨专业项目协作树立了标杆。