文｜梁暉 葉銳

三維可視化協(xié)同設計是項目實施工程全生命周期運行、數(shù)字化移交的開始和基礎，三維后續(xù)工作任重而道遠。三維工作人員要始終清醒認識到，目前的三維設計工作只是基礎，三維未來的路還很長，需要三維工作者努力，因為還有很多更重要的工作要做，才能逐漸實現(xiàn)全生命周期、數(shù)字化移交等深層次的目標，最大化的利用三維技術手段為企業(yè)創(chuàng)造新的收入增長點。

三維可視化協(xié)同設計不僅是設計院設計發(fā)展的趨勢，也是大幅度提高工作效率和設計質(zhì)量的利器，它是項目實施工程全生命周期運行、數(shù)字化移交的開始和基礎，推廣三維可視化協(xié)同設計勢在必行，但是在推廣三維可視化協(xié)同設計過程中會遇到一系列問題。

三維設計的推廣應用概況

在上世紀60-70年代，工程師已經(jīng)開始使用計算機來進行三維計算機輔助設計了。隨著信息技術的發(fā)展，越來越多的工程技術人員開始使用三維技術手段來幫助他們解決設計過程中的問題。此時，三維CAD領域也開始出現(xiàn)了行業(yè)細分，像CATIA、

I-DEAS、UG 和 Solid Work等系統(tǒng)，主要用戶群在宇航、飛機、汽車、機械等制造業(yè)；三維地質(zhì)建模軟件多用于石油勘探業(yè)。這些行業(yè)的經(jīng)濟實力最雄厚，支持力度最大，研發(fā)力量最強，應用水平很高。而像MicroStation這樣的通用三維CAD協(xié)同設計環(huán)境，其用戶主要在能源交通、水利水電、工民建、港航等基礎設施建設、工程勘測設計行業(yè)。

目前，國內(nèi)一些設計院仍然處在二維制圖環(huán)境下工作，將CAD等同于電子圖板，而不是利用計算機來輔助設計工作。設計理念與設計方法上與傳統(tǒng)的手工方式并無明顯的區(qū)別，無法像三維設計那樣直觀反映項目的面貌和項目的各種物理信息，不能方便地進行工程量、材料表的統(tǒng)計，二維圖修改的工作量繁重、復雜，全靠人工進行判斷，錯、漏、碰現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重影響設計效率和設計質(zhì)量。

三維CAD應用在水利水電行業(yè)也有30余年的歷史了，早在非窗口化非圖形化的DOS時代，國內(nèi)就有。以中南勘測設計研究院（以下簡稱“中南院”）為例，中南院于2010年底搭建了三維設計系統(tǒng)平臺。安裝、測試三維設計軟件各個模塊，對服務器、個人電腦進行硬件測試，購置服務器搭建中南院三維協(xié)同設計平臺PW系統(tǒng)，建設三維設計專題網(wǎng)站，著手建立三維系統(tǒng)元件庫等。配置了多臺服務器作為模型組裝、切圖和渲染使用，并于2011年7月15日在院內(nèi)發(fā)布了PW服務器。

三維系統(tǒng)管理模塊主要是采用PW，管理三維設計項目的設計文件及相關資料，應用范圍已遍及到全院所有相關的生產(chǎn)單位（主要有：地質(zhì)、測繪、工程一院、工程二院、機電處、施工處等），對于專業(yè)設計協(xié)同起到了較好的效果。同時對設計文件系統(tǒng)調(diào)用、存檔等起到了非常好的效果，下一階段將會在全院推廣，對于所有的二維圖紙、報告、算稿將會通過PW進行管理和歸檔。同時，中南院正在實施PW校審模塊的二次開發(fā)工作，不久的將來PW管理模塊將會和生產(chǎn)管理系統(tǒng)一起全面對設計生產(chǎn)進行有效全面的管理。

同時，中南院通過與國內(nèi)的宜昌設計院和國外的埃塞俄比亞GD3項目部部署了異地協(xié)同服務器，可以與本院數(shù)據(jù)服務器同步協(xié)同工作，可以實現(xiàn)宜昌設計院、GD3項目部與本院三維設計工作同步開展，且數(shù)據(jù)資料實時共享。（如圖1所示）

標準與培訓

＞＞圖1 PW服務器部署

＞＞圖2 三維設計使用手冊

目前，中南院已基本編制完成《中南院三維可視化協(xié)同設計系統(tǒng)研發(fā)及應用規(guī)劃》（待審批發(fā)布），并根據(jù)規(guī)劃深入開展工作，嚴格按規(guī)劃目標要求，在今后幾年內(nèi)落實做好各項工作，保證規(guī)劃目標的實現(xiàn)。此外，《中南院三維可視化協(xié)同設計系統(tǒng)推廣應用實施辦法》等也已經(jīng)批準實施，并編制了各專業(yè)使用手冊和校審、切圖等操作手冊近20本。這些標準等將會對全院快速推廣應用三維設計系統(tǒng)提供強有力的保障。（如圖2所示）

近年來，數(shù)字工程中心先后完成了多次培訓、考核工作。預計到2015年底，中南院設計人員均通過三維考核，達到應用和校審三維設計水準。為了進一步推動三維設計在中南院的應用普及，2012年11月份，數(shù)字工程中心聯(lián)合院工會、院團委成功的舉辦了2012中南院三維可視化協(xié)同技能競賽，此次競賽結合實際生產(chǎn)工作，實現(xiàn)三維設計在生產(chǎn)實踐中的應用及設計手段、思路、方法的創(chuàng)新。以三維設計軟件在生產(chǎn)中的實踐應用成果，及在系統(tǒng)應用過程中的技術創(chuàng)新點為參賽內(nèi)容，在全院引起極大的反響。（如圖3、4、5所示）

＞＞圖3 2013年度三維可視化協(xié)同設計考核

＞＞圖4 2012年度三維競賽應用類一等獎

＞＞圖5 2012年度三維競賽創(chuàng)新類一等獎

項目實施

項目實施是重要的實現(xiàn)三維推廣應用的手段同時也是三維推廣應用成功與否的標志，自推廣三維系統(tǒng)以來，中南院在完成了基礎和專業(yè)培訓后，數(shù)字工程聯(lián)合托巴、溧陽、瓊中、龍盤項目部，采用集中辦公的形式，在院外進行三維可視化協(xié)同設計，共有水工、機電、測繪、地質(zhì)和施工專業(yè)參與了設計，完成了水電站所有模型，并進行了工程量統(tǒng)計和二維切圖。通過集中辦公三維項目設計，采取邊培訓邊實施的方法，不僅幫助設計人員學習和鞏固了三維系統(tǒng)軟件使用，同時結合培訓進行項目實施，可以達到更好的效果。

中南院通過開展抽蓄典型設計三維設計工作，深入細致的完成了項目的建模、碰撞檢查、二維出圖和匯報材料制作，重點實施了碰撞檢查和二維出圖工作，檢查出多個專業(yè)的內(nèi)部和相互之間的錯漏碰現(xiàn)象，同時完成了100多張的二三維圖紙和一段三維匯報視頻。通過此次三維設計工作，將三維設計工作深入到了更深的層次，也將推廣及應用工作上升到一個新的高度。

在三維可視化協(xié)同設計系統(tǒng)推廣應用過程中，中南院積極與各兄弟院開展三維系統(tǒng)推廣應用交流工作，通過在三維協(xié)同設計的組織、實施、技術及管理等方面的經(jīng)驗展開了深入的交流，互相討論和交換了三維設計在行業(yè)內(nèi)的實際應用、如何提高信息化管理水平和創(chuàng)造經(jīng)濟效益等方面的經(jīng)驗,促進了區(qū)域技術合作。

同時，結合院內(nèi)開展三維設計項目，數(shù)字工程中心將三維設計成果向院領導和各主要生產(chǎn)部門開展了系統(tǒng)細致的匯報，將在三維設計過程中所獲得的經(jīng)驗、遇到的問題以及最終探索到的解決方法與各專業(yè)設計人員展開探討，使各專業(yè)設計人員對三維設計有更清晰的認識，更直接體會到三維設計在各專業(yè)中應用帶來的精確、直觀、高效的優(yōu)點。

目前中南院正在應用的三維設計軟件還存在著使用習慣不貼近設計人員和軟件模塊缺失的問題，所以需要進行二次開發(fā)，針對以上問題進行改進和完善。中南院根據(jù)目前系統(tǒng)問題和院設計人員使用習慣進行了二次開發(fā)工作，目前已經(jīng)完成廠用電系統(tǒng)需求收集及軟件研發(fā)，正在進行測試。同時結合2011-2012年三維可視化協(xié)同設計項目完成大量電氣、水機、暖通設備元件。廣泛的應用于現(xiàn)階段的三維可視化協(xié)同設計中。（如圖6所示）

其他工程領域的三維可視化協(xié)同設計進行擴展研究，研究陸上風電、海上風電和其他新能源的三維設計開展方式；研究工民建、市政交通等領域的三維設計開展方式；研究水務工程等領域的三維設計開展方式。

三維設計推廣過程中遇到問題的思考

在三維設計開展之初，常有設計人員抱怨，總覺得三維設計難上手，或者總是拋不掉“有二維再三維”的模式，導致錯誤認為三維設計只是個輔助設計工具，從而不肯去學習。究其原因，主要還是對三維設計軟件的使用不熟悉，若能熟練運用好之后，這些理念會逐漸消除。這就需要設計人員深入學習并帶著項目去做好三維設計工作，以熟練掌握軟件操作，并逐步領悟三維設計理念，做到直接三維入手再二維出圖，從而真正提高效率。

一直以來，三維設計如何使所有設計人員包括管理人員接受，是業(yè)內(nèi)人士都在考慮的問題。只有當成功案例越來越多之后，才能讓更多人看到三維設計帶來的收益，設計人員才有勁頭去應用三維設計。目前，中南院的三維設計開展形式已經(jīng)由集中辦公形式向常態(tài)化辦公形式轉變；三維項目組織方式逐步從數(shù)字工程中心主導實施向生產(chǎn)部門獨立實施，數(shù)字工程中心技術支持的方式轉變，三維設計工作也列入項目總體工作計劃中，參與項目的進度考核。通過在多個項目上成功開展三維設計，使各層級人員均嘗到“甜頭”，從而逐步消除抵觸心理，為大家所接受。

三維設計一個重要的特點是講究協(xié)同，這需要多個專業(yè)參與進來協(xié)調(diào)工作，才能從總體上提高產(chǎn)品質(zhì)量與團隊工作效率。而僅單個或少數(shù)幾個專業(yè)做三維，是難以實現(xiàn)效率提高的，相反，還可能增加更多額外的工作量。對此，中南院從項目開始實施三維設計之初，就讓該項目涉及的所有專業(yè)參與進來，根據(jù)項目實際制定合理的參與深度，多專業(yè)協(xié)同參與。

三維可視化協(xié)同設計是項目實施工程全生命周期運行、數(shù)字化移交的開始和基礎，三維后續(xù)工作任重而道遠。三維工作人員要始終清醒認識到，目前的三維設計工作只是基礎，三維未來的路還很長，需要三維工作者努力，因為還有很多更重要的工作要做，才能逐漸實現(xiàn)全生命周期、數(shù)字化移交等深層次的目標，最大化的利用三維技術手段為企業(yè)創(chuàng)造新的收入增長點。需要廣大設計人員及早研究部署，提前布局，分步實施，認真細致逐步推廣應用好三維可視化協(xié)同設計工作。

＞＞圖6 設備元件庫