三維協同設計在水利水電工程設計中的應用

◎ 黑龍江省水利水電勘測設計研究院 陳亞軍

工程勘測設計是水利水電工程建設中的重要環節和依據,設計手段的變遷共經歷了三個時代，即手工繪圖時代、電腦繪圖時代和三維協同設計時代，目前三維協同設計手段已經成為工程設計技術的未來發展方向與趨勢。三維協同設計之所以能迅速成為CAD技術的主流，是因為它有許多傳統的二維平面設計所無法比擬的優越性，本文論述了三維協同設計與二維設計的強大優勢，并把三維協同設計手段運用到實際水利水電工程設計中。

隨著計算機及信息技術的迅速發展和日趨完善，三維技術在機械、電子、航空、航天以及建筑等行業得到了廣泛的應用，但在水利水電行業卻鮮有涉及。為了全面提高水利水電工程設計質量、效率和水平，進一步優化設計流程，不斷提高設計信息的共享與復用性，適應水利行業信息化、數字化發展趨勢的客觀需要，滿足客戶或業主對設計成果可視化、直觀化的基本要求，提高勘測設計市場的綜合競爭力。黑龍江省水利水電勘測設計研究院引進國際上先進的三維設計軟件平臺，在消化吸收的基礎上，結合水利水電工程的特點，深入研究了三維設計的方法和工作模式，初步掌握了該平臺在水利水電工程設計中的應用方法，并積累了應用經驗。

三維協同設計的優勢

三維協同設計之所以能迅速成為CAD技術的主流，是因為它有許多傳統的二維平面設計所無法比擬的優越性。其主要作用是使參與項目的各專業相互交流、相互溝通、相互協調，以最大程度將設計中因為協調不暢而產生的問題變的最小化和最少化，同時大大提高設計團隊的工作效率和設計產品的完成質量。

表-1 二維設計與三維設計的比較

表-1對二維、三維設計從性能、效率等諸多方面進行了比較，三維設計顯示了其對結構描述更真實、更準確、更全面的強大優勢，克服了二維設計中可想而不可見的缺點，是技術進步的必然趨勢。不可否認的是，“三維設計”是設計的終極手段。

三維協同設計的優勢還體現在：

（1）直觀、形象

三維設計生成的三維模型直觀形象，可使各級行政領導一目了然，了解模型內容，為成果匯報提供豐富的素材，提升設計大院的整體形象。

（2）空間布置問題易解決

二維設計中許多難以實現的空間布置問題，在三維設計時可以輕易得到解決。

（3）提高設計效率

三維設計手段可很大程度地提高設計效率，尤其是團隊效率，通過協同設計，可大量減少或縮短專業間配合環節。通過三維模型可進行二維出圖、工程量自動統計等，減少設計工作量，提高標準化程度，通過建立建全參數化原件庫，使設計效率大幅度提高。

（4）提高設計產品質量

三維設計更加精確。首先，帶信息的三維模型，其數據是唯一性的，具有復用性；其次，工程量統計相當精準；第三，利用三維模型可提高設計的合理性，優化設計；最后，通過碰撞檢查和模型校驗，可減少結構內部布置的錯、漏、碰現象。

（5）實現可視化校審

可視化校審可大幅減少會審時間，通過自動化批注跟蹤管理，提高校審效率、減少校審工作量；提高校審意見的管理水平，減少錯誤遺漏。

設計實施方案

高效協同是需要標準化對其進行保障的，在復雜條件下的多專業三維協同尤其是如此。在標準化的前提下，專業間資料互提的數據接口問題以及數據的重復利用問題均可以得到很好的解決。利用三維協同設計解決方案標準化布署容易的特點，可根據三維設計技術標準，建立三維設計標準資源文件包（包含種子文件、字體、圖層、線型、標準配置文件、各種模板、模型劃分、ProjectWise上組織結構、人員權限等內容），建立標準化三維環境，即標準化Worksapce。

圖1 工作流程組織示意圖

在設計項目開始前，在標準工作環境的基礎上，建立項目統一坐標系統、項目標準庫，并將此信息通知相關參與專業。

同時，項目開始前，在標準工作環境下進行任務分解，將任務分派至專業或個人。若有必要可結合項目的文件命名規則在ProjectWise環境中將分解后的任務直接建立對應的設計文件。設計人員在工作中只需打開文件即可，無需再自行創建文件。利用ProjectWise獨特的文件名與文件說明的替代顯示技術，可以保障既能讓設計人員看到熟悉的、可讀的中英文文件名，又可在后臺實現符合編碼規則的文件存儲名。各專業在標準環境下進行不同專業三維協同設計，同時，各專業可根據權限調用、查看相關專業的設計資料。各相關專業完成設計后（或設計的節點階段），進行模型的總裝和綜合檢查，如有問題則反饋信息至相關專業進行修改，然后再次進行綜合檢查，直至沒有問題檢出。對確認無誤地綜合模型進行固化，以此為基礎進行二維圖紙的抽取和工程數量的統計。工作流程見圖1。

實際應用

2011年底黑龍江省水利水電勘測設計研究院把三維設計協同設計手段應用到實際工程，以穆棱市奮斗水庫為依托，以三維協同設計軟件為平臺，實現了設計手段的全新突破。

奮斗水庫是中國黑龍江省十二五規劃重點推薦項目，奮斗水庫具有以城鎮供水為主，結合防洪，兼顧灌溉和發電等綜合利用任務，是黑龍江新能源和可再生能源產業重點項目。

黑龍江省水利水電勘測設計研究院“奮斗水庫設計團隊”基于三維協同設計軟件，借助PW協同可控的三維環境進行工程模型集成。

表-2 工程設計相關主要專業及應用軟件模塊對應表

表-2列出了奮斗水庫工程設計相關主要專業應用的軟件模塊。

由于三維設計手段的強大優勢，使各專業工程設計人員及參與各合作方之間展開了有效溝通，營造了一種濃厚的創新文化氛圍。可視化的三維模型和高清視頻可清晰呈現復雜區域，使專業之間的對接更加簡單、快速，從而加快了項目進度，提高了設計質量和設計效率。

此外，利用三維設計手段進行的奮斗水庫工程設計還獲得了五大項成果。分別是《奮斗水庫工程三維協同設計報告書》、《奮斗水庫工程三維協同設計圖集》、《奮斗水庫工程三維協同設計匯報系統》、《三維協同設計解決方案評價報告》和《個人總結及日志匯編》

同時，借助三維協同設計奮斗水庫工程項目設計周期縮短了30%，節約人員成本125萬元，設計圖紙的一次校審通過率由60%提高至90%，利用碰撞檢查工具使碰撞發生的可能性降低了90%。