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基于数字孪生技术的互通立交桥数字化系统研究 1 数字化交通及应用前景 在交通基础设施建设的背景下，对道路交通基础设施的数字智能需求日益增加，以数字智能为代表的新兴技术和行业需求的深度结合。 高速公路及城市道路组成的道路网中互通立交桥是重要的交通转换枢纽和关键节点构筑物。随着中国经济的高速发展，机动车保有量持续增长，高速公路节假日交通拥堵、城市道路早晚高峰拥堵状态等同停车场，对现有互通立交桥改扩建甚至新建立体交通体系是缓解交通拥堵的重要措施。另外针对出行者对道路网安全、畅通以及交通相关气象、车流量预报、最优路径导航等精细化服务需求也在日益增长。提出和实现科学有效的互通立交桥数字化解决方案是满足上述需求的关键。 经过调研国内外相关文献资料及行业现状发现，互通立交桥全生命周期内由当前传统工作流程和各种信息化系统及用户端应用程序构成的解决方案不够完善，主要缺点在于专业协同和基础数据融合深度不够。基于“Digital Twin”技术，研发新型互通立交桥数字化系统为新建或改扩建互通立交桥提供建筑全生命周期内数字化服务有利于提高工程规划、设计、建造和运营养护的品质，是推动交通基础设施高质量发展，实现交通强国的有效途径。随着系统不断迭代完善还可以为将来的无人驾驶车辆及出行者提供各种定制化的信息服务，具有广阔的应用前景。 2 数字孪生技术应用现状 以一座互通立交桥构筑物为例，规划、设计、建造、运营、养护全生命周期范围内涉及人员和单位多、周期长、资料复杂，工程数字化难度大。以设计过程为例包含总体设计、互通、路基、桥涵、交通工程等。通常按专业由不同技术人员开展设计，CAD、CAE、BIM等数字化产品也是选择相关专业软件系统，最终对设计输出成果汇编成册，数字化成果交付，目前还处于探索阶段。施工、运营养护等阶段又有各自特点也会产生大量工程数据，构筑物全生命周期内受不同软件系统平台的制约，立交桥系统整体数据的深度共享和融合存在“数字鸿沟”，导致最终的数据与文件化成果的匹配和融合存在较严重短板，不利于深度协同和提供“互通立交桥”全生命周期高效管理和智能决策。 数字化浪潮下，新技术热点层出不穷，传统单机版设计软件甚至C/S、B/S架构的设计软件也已经和新硬件、新工作流程产生了矛盾，产品面临推广瓶颈还有高成本维护更新等难题。定制架构科学、模块耦合性好、易于维护更新的新型智能数字化系统符合新时代用户需求。 交通领域BIM技术解决方案提供商美国Bentley系统公司也在积极推进数字孪生技术 国产的互通立交桥相关软件产品大都集中在道路、桥梁设计CAD和CAE领域 从政策导向和市场需求看，互通立交桥高装配化率和标准构件工厂化智能建造是发展趋势。无论是钢桥还是预应力钢筋混凝土桥梁满足装配化、智能化设计建造及运管养全生命周期服务需求很明确。基于“Digital Twin”技术，研发新型互通立交桥数字化系统，有望从底层数据采集、融合、处理来驱动相关标准及行业软件升级，从而更好的服务于公路与城市道路基础设施中互通立交桥工程建设。 3 融合研究热点 “Digital Twin”是智能建造的关键基础技术，也是当前跨行业融合研究热点。基于“Digital Twin”的五维结构模型 系统架构借鉴大数据平台搭建，以工程数据仓库建设为基础，融合分析互通立交桥全生命周期内数据，实现咨询、设计、智能建造、展示等工程应用，如图1所示。 4 技术研发内容 基于“Digital Twin”研发的“互通立交桥数字化系统”是一套集多源异构数据采集、分析、计算、成果发布为一体的综合服务系统。研究内容主要包括总体框架研究、传感网数据交互、以标准化技术为核心的工程数据库、路桥专业算法及客户端研发等五部分，并可依据本项目研究成果编制相关的标准规范。 技术研发关键点如下： (1)互通立体交叉、桥梁工程、交通工程等专业的设计标准化技术； (2)多专业共享和深度融合的工程数据库构建； (3)CAD、BIM、IOT及各种文档数据源的数据科学采集、处理、存储、分析技术； (4)互通立交桥数字孪生体和物理实体的耦合技术； (5)互通立交桥数字孪生体和物理实体的交互技术； (6)互通立交桥数字孪生体和物理实体的生命周期迭代管理。 此外，积极开展高速公路和市政道路专项定制开发，尽快研发出产品原型。 针对地质及气候条件复杂恶劣的高寒高海拔地区，专项研究此类地区新建高速公路项目涉及的互通立交桥数字化技术，如利用新一代人工智能辅助选线、基于本系统数据库辅助确定互通立交方案以及互通立交桥型比选等。 借鉴国内数字孪生城市建设相关经验 5 智慧交通及设备选型 目标客户初期是企业自身各业务部门员工，中后期兼顾企业外部数据技术服务需求。 对企业内部，主要包含满足传统互通立交桥业务需求的智能规划设计系统、智能审查系统、智能咨询系统、智能建造