設(shè)計院推廣三維設(shè)計工作的思考

文｜梁暉 葉銳

三維可視化協(xié)同設(shè)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(chǔ)，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(shè)計工作只是基礎(chǔ)，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(biāo)，最大化的利用三維技術(shù)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(shè)計不僅是設(shè)計院設(shè)計發(fā)展的趨勢，也是大幅度提高工作效率和設(shè)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(chǔ)，推廣三維可視化協(xié)同設(shè)計勢在必行，但是在推廣三維可視化協(xié)同設(shè)計過程中會遇到一系列問題。

三維設(shè)計的推廣應(yīng)用概況

在上世紀(jì)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(shè)計了。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的工程技術(shù)人員開始使用三維技術(shù)手段來幫助他們解決設(shè)計過程中的問題。此時，三維CAD領(lǐng)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(yīng)用水平很高。而像MicroStation這樣的通用三維CAD協(xié)同設(shè)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)、工程勘測設(shè)計行業(yè)。

目前，國內(nèi)一些設(shè)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(shè)計工作。設(shè)計理念與設(shè)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(shè)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(fù)雜，全靠人工進行判斷，錯、漏、碰現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

三維CAD應(yīng)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(shè)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(shè)計系統(tǒng)平臺。安裝、測試三維設(shè)計軟件各個模塊，對服務(wù)器、個人電腦進行硬件測試，購置服務(wù)器搭建中南院三維協(xié)同設(shè)計平臺PW系統(tǒng)，建設(shè)三維設(shè)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(wù)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(wù)器。

三維系統(tǒng)管理模塊主要是采用PW，管理三維設(shè)計項目的設(shè)計文件及相關(guān)資料，應(yīng)用范圍已遍及到全院所有相關(guān)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(shè)計協(xié)同起到了較好的效果。同時對設(shè)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(shè)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(shè)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(wù)器，可以與本院數(shù)據(jù)服務(wù)器同步協(xié)同工作，可以實現(xiàn)宜昌設(shè)計院、GD3項目部與本院三維設(shè)計工作同步開展，且數(shù)據(jù)資料實時共享。（如圖1所示）

標(biāo)準(zhǔn)與培訓(xùn)

＞＞圖1 PW服務(wù)器部署

＞＞圖2 三維設(shè)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(shè)計系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用規(guī)劃》（待審批發(fā)布），并根據(jù)規(guī)劃深入開展工作，嚴(yán)格按規(guī)劃目標(biāo)要求，在今后幾年內(nèi)落實做好各項工作，保證規(guī)劃目標(biāo)的實現(xiàn)。此外，《中南院三維可視化協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)推廣應(yīng)用實施辦法》等也已經(jīng)批準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)等將會對全院快速推廣應(yīng)用三維設(shè)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(xùn)、考核工作。預(yù)計到2015年底，中南院設(shè)計人員均通過三維考核，達到應(yīng)用和校審三維設(shè)計水準(zhǔn)。為了進一步推動三維設(shè)計在中南院的應(yīng)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(jié)合實際生產(chǎn)工作，實現(xiàn)三維設(shè)計在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用及設(shè)計手段、思路、方法的創(chuàng)新。以三維設(shè)計軟件在生產(chǎn)中的實踐應(yīng)用成果，及在系統(tǒng)應(yīng)用過程中的技術(shù)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(shè)計考核

＞＞圖4 2012年度三維競賽應(yīng)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(yīng)用的手段同時也是三維推廣應(yīng)用成功與否的標(biāo)志，自推廣三維系統(tǒng)以來，中南院在完成了基礎(chǔ)和專業(yè)培訓(xùn)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(shè)計，共有水工、機電、測繪、地質(zhì)和施工專業(yè)參與了設(shè)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(shè)計，采取邊培訓(xùn)邊實施的方法，不僅幫助設(shè)計人員學(xué)習(xí)和鞏固了三維系統(tǒng)軟件使用，同時結(jié)合培訓(xùn)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(shè)計三維設(shè)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(shè)計工作，將三維設(shè)計工作深入到了更深的層次，也將推廣及應(yīng)用工作上升到一個新的高度。

在三維可視化協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)推廣應(yīng)用過程中，中南院積極與各兄弟院開展三維系統(tǒng)推廣應(yīng)用交流工作，通過在三維協(xié)同設(shè)計的組織、實施、技術(shù)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(shè)計在行業(yè)內(nèi)的實際應(yīng)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(shù)合作。

同時，結(jié)合院內(nèi)開展三維設(shè)計項目，數(shù)字工程中心將三維設(shè)計成果向院領(lǐng)導(dǎo)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(shè)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(shè)計人員展開探討，使各專業(yè)設(shè)計人員對三維設(shè)計有更清晰的認識，更直接體會到三維設(shè)計在各專業(yè)中應(yīng)用帶來的精確、直觀、高效的優(yōu)點。

目前中南院正在應(yīng)用的三維設(shè)計軟件還存在著使用習(xí)慣不貼近設(shè)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(shè)計人員使用習(xí)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(jié)合2011-2012年三維可視化協(xié)同設(shè)計項目完成大量電氣、水機、暖通設(shè)備元件。廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)階段的三維可視化協(xié)同設(shè)計中。（如圖6所示）

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

三維設(shè)計推廣過程中遇到問題的思考

在三維設(shè)計開展之初，常有設(shè)計人員抱怨，總覺得三維設(shè)計難上手，或者總是拋不掉“有二維再三維”的模式，導(dǎo)致錯誤認為三維設(shè)計只是個輔助設(shè)計工具，從而不肯去學(xué)習(xí)。究其原因，主要還是對三維設(shè)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(shè)計人員深入學(xué)習(xí)并帶著項目去做好三維設(shè)計工作，以熟練掌握軟件操作，并逐步領(lǐng)悟三維設(shè)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(shè)計如何使所有設(shè)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(dāng)成功案例越來越多之后，才能讓更多人看到三維設(shè)計帶來的收益，設(shè)計人員才有勁頭去應(yīng)用三維設(shè)計。目前，中南院的三維設(shè)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(zhuǎn)變；三維項目組織方式逐步從數(shù)字工程中心主導(dǎo)實施向生產(chǎn)部門獨立實施，數(shù)字工程中心技術(shù)支持的方式轉(zhuǎn)變，三維設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(chǔ)，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(shè)計工作只是基礎(chǔ)，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(biāo)，最大化的利用三維技術(shù)手段為企業(yè)創(chuàng)造新的收入增長點。需要廣大設(shè)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(yīng)用好三維可視化協(xié)同設(shè)計工作。

＞＞圖6 設(shè)備元件庫