■ 江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 丁維馨

三維協(xié)同技術(shù)在國(guó)外起步較早，主要應(yīng)用于機(jī)械、電子、石油等制造行業(yè)，20世紀(jì)80年代后被引入國(guó)內(nèi)，電力、石油等行業(yè)工廠化設(shè)計(jì)率先應(yīng)用此類技術(shù)[1]，水利水電基礎(chǔ)行業(yè)應(yīng)用起步于2000年左右[2]。由于水利水電工程設(shè)計(jì)涉及的邊界條件復(fù)雜多樣化，無(wú)法形成標(biāo)準(zhǔn)工廠化流程設(shè)計(jì)，大大增加了其三維設(shè)計(jì)的難度。

三維設(shè)計(jì)技術(shù)能夠根據(jù)當(dāng)前工程的實(shí)際情況，更為直觀、完善地展示設(shè)計(jì)師對(duì)于工程設(shè)計(jì)的理念。設(shè)計(jì)人員利用現(xiàn)代三維技術(shù)，能夠在計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)確地表現(xiàn)三維實(shí)體造型，同時(shí)生成相應(yīng)的二維工程圖，在清楚、準(zhǔn)確地反映設(shè)計(jì)者意圖的同時(shí)，也對(duì)后續(xù)施工中的各項(xiàng)工作起到了很好的支持作用，并且能在施工過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際反饋情況方便、快速地調(diào)整模型[3]。通過(guò)三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)制作的工程三維模型更便于工程建模，同時(shí)在調(diào)整工程方案時(shí)能夠更加快速、靈活，這樣既減少了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，有效避免了由于設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致的返工問(wèn)題，同時(shí)又節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，從而有效地提高工程設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。

相對(duì)于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，三維協(xié)同設(shè)計(jì)帶來(lái)的是一種全新的設(shè)計(jì)模式和協(xié)同狀態(tài)。要想實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)手段更新、設(shè)計(jì)流程再造，建立起一套完整的三維協(xié)同設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，則需要有一個(gè)科學(xué)、合理、完善的解決方案，具備強(qiáng)大的技術(shù)支持和應(yīng)用實(shí)施團(tuán)隊(duì)，以及一個(gè)具有創(chuàng)新精神和很強(qiáng)執(zhí)行力的企業(yè)應(yīng)用環(huán)境[5]?；诖?，本文結(jié)合三維協(xié)同設(shè)計(jì)在江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院中的實(shí)踐，分析其應(yīng)用理念和管理實(shí)施架構(gòu)，并以烏沙河泵閘樞紐項(xiàng)目為例，對(duì)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用進(jìn)行分析與探討。

平臺(tái)選用及工作開(kāi)展

江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱“江西院”）根據(jù)行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及市場(chǎng)需求于2014年引進(jìn)三維協(xié)同設(shè)計(jì)。在基于“一個(gè)平臺(tái)、一個(gè)模型、一個(gè)數(shù)據(jù)架構(gòu)”的三維協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用解決方案及配套的平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過(guò)比較國(guó)內(nèi)水利水電設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)用情況，最終選定Bentley平臺(tái)作為江西院三維設(shè)計(jì)開(kāi)展平臺(tái)。2016年，江西院選取烏沙河泵閘樞紐作為試點(diǎn)，嘗試使用三維協(xié)同設(shè)計(jì)代替常規(guī)二維設(shè)計(jì)，取得了良好的效果。

具體應(yīng)用

項(xiàng)目背景

烏沙河泵站設(shè)計(jì)排澇流量319m3/s，泵站規(guī)模為大⑴型，等別為Ⅰ等。采用7臺(tái)3700ZGQ46.0-3.13型豎井貫流泵、單機(jī)容量2500kw，總裝機(jī)容量17500kw。

應(yīng)用環(huán)境的建立

封閉集中并成立項(xiàng)目組。為了確保三維工程設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠?qū)Ｐ囊恢隆㈧o心做好協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)減少開(kāi)展過(guò)程中學(xué)習(xí)、交流所帶來(lái)的誤差，保證設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的積極性及設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，江西院成立協(xié)同設(shè)計(jì)項(xiàng)目組，并進(jìn)行短期封閉集中辦公，以確保工程設(shè)計(jì)中的軟件使用心得及方案優(yōu)化所需的大量討論和交流能夠及時(shí)進(jìn)行，有利于培養(yǎng)良好的三維協(xié)同設(shè)計(jì)習(xí)慣，從而快速提高團(tuán)隊(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)能力。

建立協(xié)同工作環(huán)境?；贐entley ProjectWise協(xié)同管理平臺(tái)，對(duì)三維設(shè)計(jì)流程進(jìn)行管理，根據(jù)專業(yè)設(shè)置，設(shè)定不同的軟件應(yīng)用環(huán)境配置，并對(duì)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行權(quán)限分配，保證整個(gè)設(shè)計(jì)文件的安全性。在工作環(huán)境搭建過(guò)程中，注意區(qū)分專業(yè)軟件的環(huán)境配置以及通用平臺(tái)軟件的環(huán)境配置，確保各專業(yè)應(yīng)用環(huán)境不發(fā)生沖突，如電氣專業(yè)與水工專業(yè)因?qū)I(yè)軟件使用不同，其對(duì)象和構(gòu)件屬性相差較大，故工作空間環(huán)境配置應(yīng)根據(jù)專業(yè)文件夾進(jìn)行區(qū)分。而常規(guī)的平臺(tái)應(yīng)用環(huán)境，如文字樣式、標(biāo)注樣式、批打印等，則可對(duì)應(yīng)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行配置。

結(jié)合實(shí)例完善流程

烏沙河泵閘樞紐三維地質(zhì)圖

烏沙河泵閘樞紐建筑及給排水模型

根據(jù)確定的項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)及工程自身特點(diǎn)進(jìn)行項(xiàng)目分解，利用已經(jīng)配置完成的各專業(yè)工作環(huán)境，建立各專業(yè)的三維模型，組裝后根據(jù)碰撞檢查結(jié)果修改完善模型，并進(jìn)行相關(guān)三維、二維圖紙抽取，工程量統(tǒng)計(jì)以及漫游動(dòng)畫(huà)。在項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，引進(jìn)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司HydroStation平臺(tái)解決方案，對(duì)測(cè)量、地質(zhì)、電氣以及三維配筋進(jìn)行深入挖掘，確保三維設(shè)計(jì)成果替代常規(guī)二維成果應(yīng)用于施工。通過(guò)烏沙河泵閘樞紐項(xiàng)目具體實(shí)踐，進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)流程補(bǔ)充完善，具體包括：（1）建立項(xiàng)目三維數(shù)字地面模型，并疊加高清衛(wèi)星影像；（2）根據(jù)鉆孔資料，建立工程區(qū)三維地質(zhì)模型；（3）建立工程項(xiàng)目的建筑物模型（泵房、水閘、管理房等），以及對(duì)應(yīng)的場(chǎng)地開(kāi)挖模型；（4）建立對(duì)應(yīng)的設(shè)備模型（水機(jī)管路、開(kāi)關(guān)站、電纜橋架、給排水、金屬閘門等）；（5）根據(jù)需要抽取生成相應(yīng)的二維結(jié)構(gòu)圖及三維示意圖；（6）對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行三維配筋，并生成常規(guī)鋼筋圖及材料表；（7）后期三維漫游動(dòng)畫(huà)及效果圖制作。

該項(xiàng)目是江西院開(kāi)展三維協(xié)同設(shè)計(jì)參與專業(yè)最廣、模型精度最深的一次應(yīng)用，涵蓋了地質(zhì)、水工、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣、水機(jī)等專業(yè)的三維信息模型，對(duì)模型進(jìn)行碰撞檢查、大體積混凝土三維配筋及后續(xù)各專業(yè)抽圖等，并在此基礎(chǔ)上生成了可視化三維匯報(bào)系統(tǒng)。

項(xiàng)目開(kāi)展過(guò)程中，各專業(yè)利用設(shè)計(jì)信息三維模型，通過(guò)剖切抽圖等技術(shù)手段，生成常規(guī)的二維圖紙，并對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行三維配筋，剖切抽圖生成常規(guī)鋼筋圖及材料表，大大提高了工作效率。

體會(huì)與展望

項(xiàng)目總結(jié)體會(huì)

回顧烏沙河泵閘樞紐項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作歷程，將其實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

一是封閉集中辦公（含培訓(xùn)），可以確保工程設(shè)計(jì)中的軟件使用心得及方案優(yōu)化所需的大量討論和交流能夠及時(shí)進(jìn)行，同時(shí)減少外界干擾；

二是設(shè)計(jì)效率的提升，不僅來(lái)自于三維設(shè)計(jì)本身，還有專業(yè)技術(shù)知識(shí)的沉淀（避免低級(jí)錯(cuò)誤）、標(biāo)準(zhǔn)化工作環(huán)境設(shè)置以及良好的三維設(shè)計(jì)習(xí)慣共同作用的結(jié)果，尤其是工作環(huán)境的配置在后期抽圖出圖過(guò)程顯得尤為重要；

三是重視專業(yè)軟件的功能，切勿直接利用基礎(chǔ)平臺(tái)的基本功能去做專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，忽視一些專業(yè)的元件庫(kù)、管道建模等，這對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是完成正常設(shè)計(jì)任務(wù)之外的一個(gè)非常繁重、額外的負(fù)擔(dān)；

四是精確建模的必要性，尤其是在后期三維配筋過(guò)程中，鋼筋全部是基于面或者線偏移，模型的不精確會(huì)導(dǎo)致鋼筋根數(shù)和型號(hào)與常規(guī)的二維鋼筋圖差別較大，不利于校審人員接受；

五是三維設(shè)計(jì)質(zhì)量管理體系的必要性。真正把三維協(xié)同設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)成果，還需要有一整套與之相適應(yīng)的技術(shù)、質(zhì)量和管理體系，方便校審人員從原則上把握，避免出現(xiàn)三維出圖后取消關(guān)聯(lián)性，將其純粹當(dāng)做常規(guī)二維圖去處理。

展望

為了完成三維協(xié)同設(shè)計(jì)，模型建立完成后，如何將設(shè)計(jì)模型信息應(yīng)用到工程建造過(guò)程中，并發(fā)揮其價(jià)值，是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位一直積極探索的課題。結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，后期可在以下幾個(gè)方面繼續(xù)進(jìn)行應(yīng)用探索和研究[6]-[7]。

烏沙河泵閘樞紐電氣專業(yè)開(kāi)關(guān)站三維布置圖

烏沙河泵閘樞紐廠區(qū)及附屬景觀布置模型

一是構(gòu)建虛擬仿真演示系統(tǒng)。通過(guò)引進(jìn)大型專業(yè)三維可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等類型互動(dòng)內(nèi)容的虛擬現(xiàn)實(shí)的綜合游戲開(kāi)發(fā)工具，如果能在大型水利工程施工中很好地利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，構(gòu)建虛擬仿真系統(tǒng)，并通過(guò)仿真系統(tǒng)與全生命周期管理相結(jié)合，最終形成一個(gè)全面的、信息豐富的工程數(shù)據(jù)中心和三維可視化信息管理及展示系統(tǒng)。通過(guò)構(gòu)建虛擬仿真演示系統(tǒng)，可以向業(yè)主全面展示設(shè)計(jì)成果，業(yè)主單位也可以通過(guò)該系統(tǒng)完成相關(guān)的管理、職工培訓(xùn)等其他展示活動(dòng)。

二是構(gòu)建三維可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)集成三維可視化成果及安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，取得相應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)過(guò)程線，再通過(guò)二維、三維聯(lián)動(dòng)技術(shù)以及虛擬場(chǎng)景的快速定位，使用戶能夠更加直觀形象地檢查檢測(cè)數(shù)據(jù)，更直觀地感受該檢測(cè)儀器的空間位置。通過(guò)構(gòu)建三維可視化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有利于提高大型水利樞紐的后期運(yùn)行維護(hù)水平、優(yōu)化整個(gè)信息檢索流程，能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代化水利樞紐管理的需求。

結(jié)語(yǔ)

三維協(xié)同設(shè)計(jì)打破了常規(guī)二維設(shè)計(jì)在空間上的局限，它以高效的協(xié)同工作模式、先進(jìn)直觀的設(shè)計(jì)手段、高度共享的知識(shí)管理模式?jīng)_擊著工程設(shè)計(jì)行業(yè)，為設(shè)計(jì)、業(yè)主、施工提供了更好的溝通交流平臺(tái)，也為工程的數(shù)字化發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。毫無(wú)疑問(wèn)，三維設(shè)計(jì)有利于提高在工程的方案優(yōu)化必選、工程量統(tǒng)計(jì)、剖切出圖（含鋼筋圖）等方面的生產(chǎn)效率。若三維設(shè)計(jì)成果僅用于設(shè)計(jì)出圖，只是完成其在設(shè)計(jì)行業(yè)的價(jià)值。下一步要將三維設(shè)計(jì)緊密結(jié)合工程全生命周期運(yùn)作，打造工程數(shù)字信息一體化模型，為施工單位和業(yè)主單位提供更多管理手段，同時(shí)為工程全生命周期管理提供信息支撐及技術(shù)服務(wù)。