董麗娜，孫 雷

(1. 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080;2. 哈爾濱市水文局，哈爾濱150010)

2011年初，中央發(fā)布了一號(hào)文件《中共中央、國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》，2011年7月8日—9日中央水利工作會(huì)議在北京召開。一號(hào)文件和中央水利工作會(huì)議特別強(qiáng)調(diào):加快水利改革發(fā)展;著力提高水利科技創(chuàng)新能力，加快水利科技成果推廣轉(zhuǎn)化。三維協(xié)同設(shè)計(jì)的推廣正代表了這種科技的更新與變革，而這種設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)的設(shè)計(jì)水平，已經(jīng)成為水利行業(yè)發(fā)展的新趨勢和新方向。

1 水利規(guī)劃設(shè)計(jì)

水利規(guī)劃設(shè)計(jì)的內(nèi)容大體可概括為:問題識(shí)別、方案擬定、影響評(píng)價(jià)和方案論證等4個(gè)階段，由粗到細(xì)，逐步深入。為使水利建設(shè)能按既定要求、時(shí)間有步驟地實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)過程中我們開始植入三維協(xié)同設(shè)計(jì)的理念;在專有的軟件平臺(tái)上進(jìn)行建模和設(shè)計(jì)工作。

2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)理念

三維協(xié)同設(shè)計(jì)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，以三維CAD設(shè)計(jì)軟件為載體，不同專業(yè)人員組成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，為了實(shí)現(xiàn)或完成一個(gè)共同的設(shè)計(jì)目標(biāo)或項(xiàng)目在一起開展工作，是一個(gè)知識(shí)共享和集成的過程?！皡f(xié)同設(shè)計(jì)”是當(dāng)前設(shè)計(jì)行業(yè)經(jīng)常提到的一個(gè)概念，設(shè)計(jì)過程中項(xiàng)目的目的是唯一的，但由于多專業(yè)、多設(shè)計(jì)人員參與其中，各設(shè)計(jì)人員對(duì)項(xiàng)目目的的理解不同，設(shè)計(jì)思路的差異，這樣必然導(dǎo)致項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生沖突、配合等問題，從而降低設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。協(xié)同在設(shè)計(jì)中的主要作用正是使各專業(yè)相互交流、相互溝通、相互協(xié)調(diào)，以最大程度將設(shè)計(jì)中因?yàn)閰f(xié)調(diào)不暢而產(chǎn)生的問題最小化和最少化。

2.2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

協(xié)同設(shè)計(jì)，首先必須要統(tǒng)一設(shè)計(jì)平臺(tái)，讓各專業(yè)在同一平臺(tái)、同一模型、同一數(shù)據(jù)、同一思路下進(jìn)行設(shè)計(jì)。國際上三維協(xié)同技術(shù)領(lǐng)先的3 家企業(yè)分別是歐特克、Bentley、達(dá)索，設(shè)計(jì)平臺(tái)及特點(diǎn)如下:

2.2.1 AutoCAD Civil 3D

AutoCAD Civil 3D 軟件是Autodesk 面向土木工程行業(yè)的建筑信息模型( BIM) 解決方案。該軟件能夠創(chuàng)建協(xié)調(diào)一致、包含大量數(shù)據(jù)的模型，幫助從事水利規(guī)劃項(xiàng)目的專業(yè)人員在設(shè)計(jì)階段及早進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案外觀、性能和成本的可視化及仿真，并且更精確地制作設(shè)計(jì)文檔。AutoCAD Civil 3D 生成的單一模型中包含豐富的智能、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，便于設(shè)計(jì)者在項(xiàng)目的任何階段快速進(jìn)行設(shè)計(jì)變更;根據(jù)分析和性能結(jié)果做出更明智的決策，選擇最佳設(shè)計(jì)方案;快速、高效地創(chuàng)建與設(shè)計(jì)變更保持同步的可視化效果。該模型可以自動(dòng)反映對(duì)整個(gè)項(xiàng)目繪圖和標(biāo)注所做的任何變更。

2.2.2 MicroStation V8 軟件平臺(tái)

MicroStation V8i 是Bentley 公司的產(chǎn)品，這個(gè)平臺(tái)可以幫助工程師們完成基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建模、可視化、文檔制作和測繪。MicroStation 是他們首選的一款CAD 軟件基礎(chǔ)，因?yàn)樗峁┙o桌面一套經(jīng)驗(yàn)證有效的集成化功能，該功能有三大特性—直觀性、交互性和高效的數(shù)據(jù)互用性。它的優(yōu)點(diǎn):通過簡化工作流程提高效率; 通過自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)過程節(jié)省時(shí)間;通過簡化程序提高生產(chǎn)力; 通過軟件整合實(shí)現(xiàn)功能多樣化;精確設(shè)計(jì)和提高可靠性; 提高項(xiàng)目質(zhì)量和促進(jìn)重復(fù)使用。

2.2.3 Catia V5

達(dá)索公司的產(chǎn)品。它是基于DSI 插值算法和約束控制的水電水利工程三維地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)，解決了水電水利工程三維建模過程與地質(zhì)空間解析過程的融合問題，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)的三維采集、三維可視化校驗(yàn)、三維交互解析建模、三維地質(zhì)成果的二維出圖，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率; 提出了基于水電水利工程參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的三維建模技術(shù)，將設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)規(guī)則和行業(yè)知識(shí)封裝于三維模型中，解決了參數(shù)、規(guī)則對(duì)模型的驅(qū)動(dòng)與更新機(jī)制問題，推動(dòng)了水電水利工程標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展; 研究解決了水電水利工程關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)問題，建立了設(shè)計(jì)模型與分析模型、三維模型與工程圖、工程屬性與圖紙標(biāo)注的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了水電水利工程模型的智能更新與自動(dòng)出圖;提出了自上而下的水電水利工程多層骨架驅(qū)動(dòng)與特征級(jí)協(xié)同技術(shù)，建立了由水工建筑物與機(jī)電設(shè)備控制點(diǎn)、線、面構(gòu)成的骨架驅(qū)控體系，解決了多專業(yè)設(shè)計(jì)成果的發(fā)布與引用機(jī)制問題，實(shí)現(xiàn)了在三維虛擬工程環(huán)境下多專業(yè)模型的自動(dòng)裝配和在線協(xié)同設(shè)計(jì)。

3 三維協(xié)同設(shè)計(jì)在國內(nèi)水利行業(yè)的發(fā)展動(dòng)態(tài)

3.1 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作的推進(jìn)與應(yīng)用

三維協(xié)同設(shè)計(jì)代表了最新的設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)的設(shè)計(jì)水平，已經(jīng)成為工程設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的趨勢和方向。黑龍江水院將“三維協(xié)同設(shè)計(jì)”的應(yīng)用與發(fā)展納入院“十二五發(fā)展目標(biāo)”，于2011年6月上旬啟動(dòng)了“三維協(xié)同設(shè)計(jì)”準(zhǔn)備工作，由院領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)，集結(jié)院具創(chuàng)新能力、研發(fā)能力的專業(yè)技術(shù)人員成立了“三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作組”，就三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的功能、性能、技術(shù)指標(biāo)、開發(fā)環(huán)境、應(yīng)用情況等問題進(jìn)行了充分調(diào)研。2011年9月初院發(fā)布了《黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院“三維協(xié)同設(shè)計(jì)整體解決方案”征集書》，得到了在業(yè)界具有廣泛影響和代表性的Autodesk 公司、Bentley 公司、Catia軟件代理商成都希盟泰克公司3 家軟件商積極響應(yīng)。在評(píng)審會(huì)上，3 家公司進(jìn)行了多媒體演示和講解，展示了各自的優(yōu)勢和特點(diǎn)。經(jīng)過與會(huì)專家的認(rèn)真評(píng)審打分，決定優(yōu)先試用Bentley 公司軟件為平臺(tái)開展三維協(xié)同設(shè)計(jì)試點(diǎn)工作，標(biāo)志著設(shè)計(jì)院正步入科學(xué)發(fā)展的快車道。

3.2 長沙中南院

2011年5月底，中南院完成了托巴水電站的三維設(shè)計(jì)，這標(biāo)志著中南院三維設(shè)計(jì)導(dǎo)入階段的結(jié)束。而后的一個(gè)半月時(shí)間里，數(shù)字工程中心完成了MicroStation 二次開發(fā)培訓(xùn)，2011年7月15日，中南院三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)布，進(jìn)行為期一個(gè)月的試運(yùn)行。三維設(shè)計(jì)平臺(tái)發(fā)布及試運(yùn)行標(biāo)志著中南院三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)建設(shè)正式進(jìn)入了實(shí)用化階段。

3.3 上?？睖y設(shè)計(jì)研究院的三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作

上海院經(jīng)過3 a多的調(diào)研和前期準(zhǔn)備，2010年10月27日上午，上?？睖y設(shè)計(jì)研究院三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作啟動(dòng)大會(huì)順利召開。

3.4 吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院正式啟用達(dá)索三維協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案

2010年4月12日，吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院正式簽署購買達(dá)索系統(tǒng)公司CATIA/VPM 三維協(xié)同設(shè)計(jì)解決方案及技術(shù)實(shí)施服務(wù)合同，標(biāo)準(zhǔn)著吉林院的三維CAD 協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目正式啟動(dòng)。

4 水利工程案例

1) 四川大渡河長河壩水電站右岸高邊坡開挖及支護(hù)工程。采用三維協(xié)同軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)成本得到節(jié)約，工作效率得到提升。

2) 紅格爾水庫。紅格爾水庫所承擔(dān)的主要任務(wù)是為火電廠供水;并兼顧水庫下游生態(tài)保護(hù)和草牧場灌溉用水，水庫建筑物由擋水壩、溢洪道、沖沙洞及后期的取水建筑物組成，利用AutoCAD Civil 3DCIVIL3D 生成的三維地形模型，真實(shí)再現(xiàn)現(xiàn)場的實(shí)際地形，使設(shè)計(jì)的精度更高、土方工程量的計(jì)算也更加精確、CIVIL3D 的強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)更新功能方案大大的降低了工程師反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案的工作量。

3) 甘肅省洮河九甸峽水利樞紐及引洮供水工程。

4) 惠州抽水蓄能電站。利用三維協(xié)同軟件有效的節(jié)約該項(xiàng)目設(shè)計(jì)成本和能夠準(zhǔn)確的計(jì)算土方挖填量。

5 總 結(jié)

三維設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的必然趨勢，把三維設(shè)計(jì)應(yīng)用到水利工程上，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的工程方案優(yōu)化及多方案的比較，對(duì)于提高工程的品質(zhì)、降低工程造價(jià)、縮短設(shè)計(jì)周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量均可以起到重要作用。集成化、智能化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化是三維設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。應(yīng)努力實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助設(shè)計(jì)、自動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)、集成協(xié)同設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)的團(tuán)體性、交互性、協(xié)作性，建立跨學(xué)科的、以人際合作關(guān)系為基礎(chǔ)、協(xié)同工作、合作設(shè)計(jì)的新格局。

［1］王浩民. 推動(dòng)設(shè)計(jì)手段革命 提高核心競爭能力 開創(chuàng)具有龍江水院特色的三維協(xié)同設(shè)計(jì)之路［J］. 黑龍江水利科技，2012，40(1) :7－10.

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