三維設計校審平臺建設研究

雷亞雄，宿維忠

（中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

中國從20 世紀80 年代就提出了三維設計的構想。20 世紀90 年代，國內各大電力設計院逐步引進PDS、PDMS，開展工程三維設計[1]。隨著三維設計的普及和深入，設計的核心內容由圖紙文件轉變為數據和存儲數據信息的模型，建模成為工程設計的主要活動也是最重要的活動，施工圖紙、清單、表格等文件都是基于數據模型生成的[2]，因此對三維成果的校審變得尤為重要。但是原有的僅僅針對圖紙文檔的校審工具已經無法滿足三維設計的要求，必須提供一個能夠對數據庫、模型和圖紙進行全方位質量控制的平臺。

目前，在三維設計質量控制方面，多數采用基于設計平臺進行二次開發，與現有管理流程進行整合的方式，如核電、火電設計有基于PDMS 平臺的三維設計管理研究[3]，變電設計有基于Revit 的質量控制研究[4]。但是，對于設計院來說，各業務板塊、各專業設計工具逐漸多樣化，模型不僅僅來源于單一軟件。上述方式雖然可以保證數據傳遞的流暢性，但是不利于統一校審平臺的構建，不滿足多源模型集中校審的需求。本文提出了一種B/S 架構下開展三維設計校審平臺建設的思路，實現多源頭、多平臺、多格式的數據、模型、圖紙的在線校審，提高三維設計校審的效率與便捷性。

1 關鍵技術需求

在線的三維模型校審平臺需要實現三維設計校審的可視化、成果集成化、校核智能化，依據標準規范，結合管理流程，為校核人員提供高效校審工具，這需要大量底層技術的支持。下文就平臺依賴的圖形引擎、圖檔管理、校審知識庫、流程引擎、版本管理等關鍵技術進行了詳細闡述。

1.1 圖形引擎

圖形引擎是三維模型校審平臺的核心，決定了多個專業基于模型的協同與校審能否真正實現。為了滿足在線三維校審，圖形引擎需采用WebGL 技術，實現三維模型在網頁端、移動端跨平臺展示及無插件加載。除此之外，圖形引擎還需至少包括多源模型融合技術、空間算法、三維校審工具等核心功能。

1.1.1 多源模型融合技術

設計院各業務板塊、各專業使用的三維設計工具多種多樣，包括PDMS、Revit、SolidWords、Microstation等。要想實現統一平臺校審，圖形引擎需具備豐富的三維模型接口，支持多種模型格式，可將模型及數據平滑地導入到平臺進行加工處理，形成整體統一的三維信息模型。

1.1.2 空間算法

三維校審相比于二維校審的區別是，可以借助三維模型開展基于實體模型或虛擬空間的校核檢查。在三維空間下，測量、空間關系判斷等均需要強大的空間算法支持。表1 梳理了圖形引擎應具備的基礎空間算法。

表1 基礎空間算法

1.1.3 三維校審工具

除了底層空間算法的支持外，圖形引擎應提供空間算法的基本封裝，形成常用的校審工具，提高校審的快捷性、便利性，如批注工具、剖切工具、測量工具（距離測量、高度測量、坡度測量、標高測量、角度測量、面積測量）等。

1.2 圖檔管理

除三維模型外，相關的圖紙、文檔也是三維校審的必要內容。平臺應提供圖檔數據解析接口，對圖檔進行解析，將文件圖檔數據、圖檔屬性數據保存到存儲層，同時生成對象屬性數據，實現對圖檔的全文檢索，挖掘圖檔對象編碼，與模型自動關聯。同時，實現圖檔的在線瀏覽、必要的測量功能及批注功能，輔助校核人員完成在線的設計校審。

1.3 校審知識庫

校審知識庫既是各級校核人員校核設計成果的依據，也是未來自動校審、智能校審的數據基礎。校審知識庫由規程規范、強制性條文、質量通病等規范條文構成。當前規范條文的編寫形式是為滿足后期人工解讀的需要，條文內主要包括文本式語句、圖表和公式等內容。為實現計算機的自動校審，首先需要將自然語言的規范條文結構化為計算機可以識別的規則[5]。本文采用的結構化規則由校審對象、校審內容、校審表達式構成，各部分由多個邏輯表達式、數值表達式、空間運算共同組成。在校審過程中，結構化的規范條文能夠通過平臺內置的規則引擎自動判斷，用于三維模型的屬性值檢查、空間關系判斷。

1.4 流程引擎

無論是專業間協同設計，還是成品質量控制，都需要遵循相應的管理流程。流程引擎是用來驅動管理業務按照設定的固定流程去流轉的工具。在復雜多變的業務情況下，流程引擎提供以業務建模、流程設計、流程仿真、界面設計、業務整合、部署執行、系統管理、業務監控為主線的全閉環式業務管理，保證了業務執行的準確性。由于三維設計仍處于快速發展階段，設計和校審的流程不是一成不變的，因此，流程引擎應具備流程自定義、新舊流程版本控制、節點動態配置等靈活的控制能力。

1.5 版本管理

版本管理是對模型和圖紙的歷史演變過程進行記錄和維護，應包括統一協調各個版本、版本存檔、版本升級發布、版本對比等功能。其中，最關鍵的是版本對比，設計過程中方案變化是不可避免的。越是復雜的項目，變化越是頻繁，要方便定位出每個版本圖紙或者模型變更的位置難度也就越大。平臺應能支持對2 個版本的模型或圖紙進行比較，區分顯示新增加、修改、刪除的模型構件，提高設計檢查的效率和準確性。目前圖形引擎在解析模型和圖紙時，均是采用將其數據對象化的方式，存儲于結構化數據庫，這也使得版本對比功能成為可能。

2 平臺建設

2.1 平臺架構

平臺圍繞三維校審具體業務，遵循可擴展性原則設計，分為數據層、中臺層、服務層、應用層和展示層。數據層負責存儲三維模型、圖紙文檔、數據庫、知識庫，對接其他業務系統數據。中臺層提供針對各種數據、服務與應用的底層關鍵技術。服務層依賴平臺關鍵技術，提供模型、圖紙/文件、數據等各類設計成果的解析接口，同時為應用層提供各類數據訪問服務和相關業務接口。應用層則根據校審業務需求，提供項目可視化展示的多種業務應用。同時通過平臺開放的APⅠ接口，可由用戶二次開發更多應用，適應不同場景的業務需求。平臺架構及各層具體內容如圖1所示。

圖1 平臺架構圖

2.2 平臺核心功能

2.2.1 專業間協同

基于平臺多源數據融合技術，構建統一的工作空間。平臺提供PDMS、Revit、Microstation 等常用三維設計軟件數據接口，各專業可隨時將模型上傳至模型服務器進行合模，開展方案討論、專業間協同設計、碰撞檢查等工作，將問題消除在設計過程中，降低專業間溝通成本，減少后續返工的可能性。

2.2.2 智能自動化校審

建立校審知識庫，將規程規范、設計標準等條文區分為自動、半自動以及人工校審的要點，對于空間關系、屬性合規性等可借助計算機自動或半自動校審的要點進行拆解，構建為由校審對象、校審內容、校審表達式組成的結構化規則，通過規則引擎，輔助校核人員完成自動或半自動的校審，提高校審效率，保證成品質量。校審要點分類如圖2 所示，結構化規則構成要素如圖3 所示。

圖3 結構化規則構成要素

2.2.3 人工校審與綜合評審

除自動校審的要點外，其他校審工作或綜合評審工作需相關人員基于統一的工作空間，手動完成校核，平臺提供大量輔助校核的功能或工具，提高校核的便利性，如知識庫索引、剖切工具、測量工具、批注工具、圖紙模型聯動、模型對比、圖紙對比等。

3 結束語

隨著電力勘測設計行業三維設計的深入，三維成果的校審需求也越來越迫切。本文提出了一種在線三維模型校審平臺建設方案，基于平臺圖形引擎、圖檔接口，對不同來源、不同類型的三維模型、圖紙文檔進行在線的統一整合，依托規則化的校審知識庫，輔助校核人員方便快速地完成三維設計校審工作，提高校審效率，實現基于三維成果的設計質量控制。