三维协同设计在水利水电工程设计中的应用

◎ 黑龙江省水利水电勘测设计研究院 陈亚军

工程勘测设计是水利水电工程建设中的重要环节和依据,设计手段的变迁共经历了三个时代，即手工绘图时代、电脑绘图时代和三维协同设计时代，目前三维协同设计手段已经成为工程设计技术的未来发展方向与趋势。三维协同设计之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的二维平面设计所无法比拟的优越性，本文论述了三维协同设计与二维设计的强大优势，并把三维协同设计手段运用到实际水利水电工程设计中。

随着计算机及信息技术的迅速发展和日趋完善，三维技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等行业得到了广泛的应用，但在水利水电行业却鲜有涉及。为了全面提高水利水电工程设计质量、效率和水平，进一步优化设计流程，不断提高设计信息的共享与复用性，适应水利行业信息化、数字化发展趋势的客观需要，满足客户或业主对设计成果可视化、直观化的基本要求，提高勘测设计市场的综合竞争力。黑龙江省水利水电勘测设计研究院引进国际上先进的三维设计软件平台，在消化吸收的基础上，结合水利水电工程的特点，深入研究了三维设计的方法和工作模式，初步掌握了该平台在水利水电工程设计中的应用方法，并积累了应用经验。

三维协同设计的优势

三维协同设计之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的二维平面设计所无法比拟的优越性。其主要作用是使参与项目的各专业相互交流、相互沟通、相互协调，以最大程度将设计中因为协调不畅而产生的问题变的最小化和最少化，同时大大提高设计团队的工作效率和设计产品的完成质量。

表-1 二维设计与三维设计的比较

表-1对二维、三维设计从性能、效率等诸多方面进行了比较，三维设计显示了其对结构描述更真实、更准确、更全面的强大优势，克服了二维设计中可想而不可见的缺点，是技术进步的必然趋势。不可否认的是，“三维设计”是设计的终极手段。

三维协同设计的优势还体现在：

（1）直观、形象

三维设计生成的三维模型直观形象，可使各级行政领导一目了然，了解模型内容，为成果汇报提供丰富的素材，提升设计大院的整体形象。

（2）空间布置问题易解决

二维设计中许多难以实现的空间布置问题，在三维设计时可以轻易得到解决。

（3）提高设计效率

三维设计手段可很大程度地提高设计效率，尤其是团队效率，通过协同设计，可大量减少或缩短专业间配合环节。通过三维模型可进行二维出图、工程量自动统计等，减少设计工作量，提高标准化程度，通过建立建全参数化原件库，使设计效率大幅度提高。

（4）提高设计产品质量

三维设计更加精确。首先，带信息的三维模型，其数据是唯一性的，具有复用性；其次，工程量统计相当精准；第三，利用三维模型可提高设计的合理性，优化设计；最后，通过碰撞检查和模型校验，可减少结构内部布置的错、漏、碰现象。

（5）实现可视化校审

可视化校审可大幅减少会审时间，通过自动化批注跟踪管理，提高校审效率、减少校审工作量；提高校审意见的管理水平，减少错误遗漏。

设计实施方案

高效协同是需要标准化对其进行保障的，在复杂条件下的多专业三维协同尤其是如此。在标准化的前提下，专业间资料互提的数据接口问题以及数据的重复利用问题均可以得到很好的解决。利用三维协同设计解决方案标准化布署容易的特点，可根据三维设计技术标准，建立三维设计标准资源文件包（包含种子文件、字体、图层、线型、标准配置文件、各种模板、模型划分、ProjectWise上组织结构、人员权限等内容），建立标准化三维环境，即标准化Worksapce。

图1 工作流程组织示意图

在设计项目开始前，在标准工作环境的基础上，建立项目统一坐标系统、项目标准库，并将此信息通知相关参与专业。

同时，项目开始前，在标准工作环境下进行任务分解，将任务分派至专业或个人。若有必要可结合项目的文件命名规则在ProjectWise环境中将分解后的任务直接建立对应的设计文件。设计人员在工作中只需打开文件即可，无需再自行创建文件。利用ProjectWise独特的文件名与文件说明的替代显示技术，可以保障既能让设计人员看到熟悉的、可读的中英文文件名，又可在后台实现符合编码规则的文件存储名。各专业在标准环境下进行不同专业三维协同设计，同时，各专业可根据权限调用、查看相关专业的设计资料。各相关专业完成设计后（或设计的节点阶段），进行模型的总装和综合检查，如有问题则反馈信息至相关专业进行修改，然后再次进行综合检查，直至没有问题检出。对确认无误地综合模型进行固化，以此为基础进行二维图纸的抽取和工程数量的统计。工作流程见图1。

实际应用

2011年底黑龙江省水利水电勘测设计研究院把三维设计协同设计手段应用到实际工程，以穆棱市奋斗水库为依托，以三维协同设计软件为平台，实现了设计手段的全新突破。

奋斗水库是中国黑龙江省十二五规划重点推荐项目，奋斗水库具有以城镇供水为主，结合防洪，兼顾灌溉和发电等综合利用任务，是黑龙江新能源和可再生能源产业重点项目。

黑龙江省水利水电勘测设计研究院“奋斗水库设计团队”基于三维协同设计软件，借助PW协同可控的三维环境进行工程模型集成。

表-2 工程设计相关主要专业及应用软件模块对应表

表-2列出了奋斗水库工程设计相关主要专业应用的软件模块。

由于三维设计手段的强大优势，使各专业工程设计人员及参与各合作方之间展开了有效沟通，营造了一种浓厚的创新文化氛围。可视化的三维模型和高清视频可清晰呈现复杂区域，使专业之间的对接更加简单、快速，从而加快了项目进度，提高了设计质量和设计效率。

此外，利用三维设计手段进行的奋斗水库工程设计还获得了五大项成果。分别是《奋斗水库工程三维协同设计报告书》、《奋斗水库工程三维协同设计图集》、《奋斗水库工程三维协同设计汇报系统》、《三维协同设计解决方案评价报告》和《个人总结及日志汇编》

同时，借助三维协同设计奋斗水库工程项目设计周期缩短了30%，节约人员成本125万元，设计图纸的一次校审通过率由60%提高至90%，利用碰撞检查工具使碰撞发生的可能性降低了90%。