王浩民

( 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080)

0 前 言

“三維協(xié)同設(shè)計”具有直觀高效的特點，克服了通常二維設(shè)計中可想而不可見的缺點，設(shè)計流程也由以往的線性串聯(lián)轉(zhuǎn)變?yōu)榻换ゲ⒙?lián)，可以極大的提高工程設(shè)計質(zhì)量和效率，縮短項目設(shè)計周期，進而降低設(shè)計成本，代表了最新的設(shè)計理念和先進的設(shè)計水平，已經(jīng)成為工程設(shè)計行業(yè)發(fā)展的大趨勢和新方向。特別是隨著國家對水利水電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的加大，水利行業(yè)設(shè)計單位的生產(chǎn)任務(wù)日益繁重，勘測設(shè)計周期逐步縮短。為了在競爭日益激烈并加速開放的設(shè)計市場中贏得優(yōu)勢，滿足業(yè)主對設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計效率逐步提高的要求，黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院( 下稱“龍江水院”)審時度勢，把握時機，于2011年4月決定啟動“三維協(xié)同設(shè)計”工作，有計劃分階段地推進前期調(diào)研、軟件比選、試點攻關(guān)、推廣導(dǎo)入、普及應(yīng)用等相關(guān)工作，通過推動設(shè)計手段革命，提高核心競爭能力，為全面提升我院設(shè)計生產(chǎn)能力整體水平，打造高端品牌和樹立創(chuàng)新形象，開創(chuàng)一條具有龍江水院特色的三維協(xié)同設(shè)計之路。

1 第一階段:前期調(diào)研

“三維協(xié)同設(shè)計”是一種全新的設(shè)計手段，是工程設(shè)計領(lǐng)域革命性的技術(shù)更新。相對于傳統(tǒng)的二維設(shè)計，它帶來的是一種全新的設(shè)計模式和協(xié)同狀態(tài)，原有的設(shè)計方法、設(shè)計流程都已經(jīng)不適應(yīng)三維協(xié)同設(shè)計的要求。因此開展“三維協(xié)同設(shè)計”是一項投入巨大的系統(tǒng)性工程。雖然早在20 世紀(jì)80年代，在水利水電行業(yè)就已經(jīng)開始出現(xiàn)了對三維設(shè)計的探索，但是大規(guī)模系統(tǒng)性的開展工作以2004年華東勘測設(shè)計研究院選定美國Bentley 公司的Microstetion 基礎(chǔ)平臺為標(biāo)志。不過短短數(shù)年時間，可供借鑒成功經(jīng)驗、案例較少，軟件平臺尚處于逐步完善階段，相關(guān)公開信息支離分散，因此通過充分而縝密的前期調(diào)研，系統(tǒng)了解并掌握行業(yè)發(fā)展整體動態(tài)和最新進展，是正確把握三維協(xié)同設(shè)計工作開展方向的關(guān)鍵。

2011年4月，龍江水院三維協(xié)同設(shè)計前期工作組成立，結(jié)合對現(xiàn)有技術(shù)力量和三維設(shè)計開展情況的自身摸底調(diào)查，在大量資料收集和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了《關(guān)于龍江水院開展“三維協(xié)同設(shè)計”工作的建議書》，詳細提出了前期工作的主要內(nèi)容及推進建議，并于5月分兩次分別針對法國達索公司Catia 軟件平臺和美國歐特克公司三維軟件進行了技術(shù)交流。在此基礎(chǔ)上，前期工作組于6月開始面向Microstation、Catia、Civil3D 等主要三維軟件平臺及華東勘測設(shè)計研究院、成都勘測設(shè)計研究院、昆明勘測設(shè)計研究院等主要應(yīng)用用戶，就軟件技術(shù)特點、比選過程、采用案例、實施效果及投入規(guī)模等情況展開了針對性調(diào)研，獲得了大量最新信息和寶貴經(jīng)驗，為軟件比選工作提供了重要的科學(xué)決策依據(jù)。

國內(nèi)水利水電行業(yè)開展三維協(xié)同設(shè)計院所情況見表1。

表1 水利水電行業(yè)三維技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀一覽表

2 第二階段:軟件比選

目前國內(nèi)外流行的三維設(shè)計軟件根據(jù)產(chǎn)品的性能及應(yīng)用領(lǐng)域的不同，大致分為3 類:

1) 用于三維渲染繪圖設(shè)計，如3DMAX、MAYA、Rhino、Sogtimage3D、Lightwave、Bryce3D 等。

2) 著重于三維建模功能，如AutoCAD、SolidWorks、Solid-Edge、MDT、MasterCAM 等。

3) 大型集成化系統(tǒng)，不但兼有CAD/CAE 軟件之長，還集成有CAE/CAPP/PDM 等分析、工藝、產(chǎn)品資料管理的功能。這類軟件以CATIA、UG、Pro/E、I2DEAS 為代表，還包括Autodesk 的Inventor、Bentley 的Microsation、Cimatron、PDS、PDMS、PLANTSPACE 等。

其中大型集成化系統(tǒng)在國內(nèi)水利水電行業(yè)主要有以下3家為代表:

1) 美國Autodesk 公司的Civil 3D 和Revit 三維設(shè)計工作平臺。

2) 美國 Bentley 公司的 MicroStation 三維設(shè)計和ProjectWise協(xié)同工作平臺。

3) 法國達索公司的Catia 三維設(shè)計及VPM 協(xié)同工作平臺。

在以上前期調(diào)研成果的基礎(chǔ)上，為進一步對三維軟件平臺進行深入比選，2011年9月，龍江水院公開邀請美國歐特克( Autodesk) 公司及其代理北緯華元公司、美國奔特利( Bentley) 公司、法國達索( Dassault) 公司及其代理成都西盟泰克公司參與《黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院三維協(xié)同設(shè)計整體解決方案》競爭性征集工作，以便在以下6個方面對上述軟件工作平臺進行詳細技術(shù)比較的基礎(chǔ)上，擬定適合龍江水院實際情況的“三維協(xié)同設(shè)計”整體解決方案，進而為下一階段的試點項目初步確定待選軟件平臺。

1) 適合水利設(shè)計行業(yè)實際需求，擁有成功實施( 可借鑒)的案例，具有強大的支持性擴展能力。

2) 具有先進、可靠的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，方便統(tǒng)一管理。

3) 具有較強復(fù)合建模功能。

4) 具有較強的開發(fā)能力、延續(xù)性和較大用戶群。

5) 良好的開放性: 具有友好的用戶界面、強有力的開發(fā)工具、良好的兼容性，豐富的外部接口并支持相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

6) 具有完善的售前和售后服務(wù)。

針對3 家公司提供的整體解決方案，龍江水院組織院內(nèi)主要技術(shù)權(quán)威及部分一線生產(chǎn)人員共計68 人對進一步細化的21 項指標(biāo)進行定量評價，最終選定采用Bentley 公司整體解決方案及工作平臺開展試點項目實踐評估工作。

3 第三階段:試點攻關(guān)

2011年11月龍江水院三維協(xié)同設(shè)計試點項目正式啟動。

試點項目的主要目的在于實踐檢驗Bentley 公司整體解決方式的實現(xiàn)可行性及MicroStation 三維設(shè)計和ProjectWise協(xié)同工作平臺的實際操作性能和軟件服務(wù)商的綜合服務(wù)能力。試點項目的成果要具有示范引導(dǎo)作用，將為龍江水院確定是否采用Bentley 軟件平臺以及最終構(gòu)建龍江水院三維協(xié)同設(shè)計體系開展工作提供重要依據(jù)，因此在試點項目中對于三維協(xié)同工作的框架設(shè)計、組織形式、管理辦法、運行機制等方面都進行了大膽嘗試。

1) 試點項目在項目選擇上為便于檢驗并突出三維協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢，本次選擇工程規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)及內(nèi)部設(shè)備更為復(fù)雜、專業(yè)覆蓋面較廣、基礎(chǔ)資料更為齊全的黑龍江省穆棱市奮斗水庫項目為載體，項目建議書階段的水文及水利計算成果為依據(jù)，采用Bentley 三維協(xié)同軟件為平臺，對項目建議書階段成果進行優(yōu)化設(shè)計。

2) 在項目生產(chǎn)流程上針對試點項目的目的和特點，打破常規(guī)在傳統(tǒng)設(shè)計組之外單獨成立三維設(shè)計團隊，傳統(tǒng)設(shè)計與三維設(shè)計并行推進，三維設(shè)計不受傳統(tǒng)審校核程序限制，可先期預(yù)設(shè)各項參數(shù)指標(biāo)，快速搭建各方案的三維模型，對項目進行多方案比較后，提出推薦方案，以便在盡可能短的時間內(nèi)實現(xiàn)三維試點項目的目的，并對設(shè)計生產(chǎn)提供參考。

3) 在組織結(jié)構(gòu)上成立以院長為組長，分管院領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)專業(yè)處室領(lǐng)導(dǎo)參與的三維協(xié)同設(shè)計領(lǐng)導(dǎo)小組，總體決策重大事宜。同時建立以主管副院長為組長，三維設(shè)計前期工作骨干為核心的推進小組，負責(zé)執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)小組決策，制定行動方案計劃。其下從全院各專業(yè)處室抽調(diào)一線生產(chǎn)骨干組成試點項目組，組織具體實施。層層參與，級級分工，以確保項目的實施方向和力度貫徹始終。

4) 在管理辦法上采用集中封閉設(shè)計形式，實施嚴(yán)格管理，計劃到天，職責(zé)至人。每日召開當(dāng)日例會梳理并解決當(dāng)日問題，通過討論發(fā)言的形式，匯報工作交流心得，提升團隊協(xié)同意識能力，并通過日志形式對有關(guān)內(nèi)容加以總結(jié)歸納，以促進試點項目的問題及時解決和經(jīng)驗的實時積累。

5) 在保障機制上試點項目優(yōu)先調(diào)動人員和使用資金，在產(chǎn)值結(jié)算等方面引入彈性機制，對工作業(yè)績進行定量考核，根據(jù)成果完成度決定激勵措施。

在以上措施的綜合效果下，龍江水院三維協(xié)同設(shè)計試點項目集中封閉設(shè)計56 d。項目組24 名成員經(jīng)過培訓(xùn)可以熟練 使 用GEOPAK( 測 繪 模 塊) 、GeoEngine( 地 質(zhì) 模 塊) 、GEOPAK( 場地模塊) 、Architecture ucture( 建筑、結(jié)構(gòu)模塊) 、BBMS( 建筑電氣模塊) 、SubstationPromiseBBES( 電氣系統(tǒng)模塊) 、PSDS( 管道與設(shè)備模塊) 等三維設(shè)計專業(yè)模塊，獨立完成奮斗水庫項目全部三維建模工作，抽取二維圖紙120張，超計劃超精度圓滿完成試點項目的預(yù)期成果和目標(biāo)，達到國內(nèi)同類項目相同階段先進水平。奮斗水庫三維設(shè)計成果見圖1，圖2。

根據(jù)試點項目評估結(jié)果，最終選定Bentley 公司MicroStation三維設(shè)計和ProjectWise 協(xié)同工作平臺，2011年12月31日合作雙方簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議正式全面啟動龍江水院三維協(xié)同設(shè)計工作。

圖1 奮斗水庫三維設(shè)計成果圖

圖2 通過剖切三維模型抽取的二維圖紙——土石壩隧洞剖面圖

4 今后展望－第四階段:推廣導(dǎo)入及實用化

隨著黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院與Bentley 公司戰(zhàn)略合作協(xié)議的簽署，2012年龍江水院將正式開始進入三維協(xié)同設(shè)計推廣導(dǎo)入及實用化階段。在此過程中將完成大面積三維協(xié)同設(shè)計軟件的初高級培訓(xùn)，并通過1 ～2個導(dǎo)航項目在實現(xiàn)初步三維協(xié)同設(shè)計生產(chǎn)能力轉(zhuǎn)化的同時，逐步建立、制定三維協(xié)同設(shè)計的組織方式、管理規(guī)定和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并為實用化階段的研發(fā)定制工作提供指導(dǎo)性意見。

在此基礎(chǔ)上將進一步深入三維協(xié)同設(shè)計實用化的嘗試，在設(shè)計流程再造、工作標(biāo)準(zhǔn)完善、參數(shù)化庫定制及二次開發(fā)等方面持續(xù)開展工作，結(jié)合院情全面建立具有龍江水院特色的三維協(xié)同設(shè)計體系。在“十二五”期間完成設(shè)計手段的全面升級并形成大規(guī)模開展三維協(xié)同設(shè)計的生產(chǎn)能力，繼而以水利水電行業(yè)的全生命周期管理和數(shù)字化為遠期目標(biāo)，力爭在大土木領(lǐng)域打造出具有龍江水院特色、國內(nèi)領(lǐng)先的全生命周期三維協(xié)同設(shè)計體系，實現(xiàn)龍江水院全專業(yè)、全方位的三維協(xié)同設(shè)計應(yīng)用，建立完善具備工程項目數(shù)字化移交的生產(chǎn)能力，從而實現(xiàn)水利水電項目的全生命周期管理，最終在該領(lǐng)域達到國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)水平。

［1］張社榮，顧巖，張宗亮. 水利水電行業(yè)中應(yīng)用三維設(shè)計的探討［J］. 水力發(fā)電學(xué)報，2008，27(3) :53，65－69.

［2］莊葉凱. Bentley 三維工廠軟件在工程設(shè)計中的應(yīng)用［J］. 有色冶金設(shè)計與研究，2009，30(6) :108－109.

［3］馬良成，吳高. 給企業(yè)實施三維設(shè)計軟件的一些建議［J］.CAD/CAM 與制造業(yè)信息化，2010(5) :26－28.

［4］孟健，蔣雙. 勘察設(shè)計行業(yè)CAD 協(xié)同設(shè)計探析［J］. 吉林水利，2009(2) :26－27.

［5］劉輝. CAD 技術(shù)在水利水電勘測設(shè)計行業(yè)的應(yīng)用［J］. 水利規(guī)劃與設(shè)計，2008(2) :74－76.

［6］王守中，王偉. 淺談三維協(xié)同設(shè)計［J］. 河北水利，2011( 5) :36，43.

［7］馬剛琳，馬壯. 三維CAD 技術(shù)在水利水電工程設(shè)計中的應(yīng)用［J］. 吉林水利，2008(12) :63－65.

［8］李斌，宗志堅，鄭會春. 水利水電工程三維設(shè)計方法引進與研究［J］. 人民黃河，2011(5) :136－137.

［9］黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院三維協(xié)同設(shè)計前期工作組. 水利水電行業(yè)“三維協(xié)同設(shè)計”軟件平臺選擇及開展情況調(diào)研報告［R］. 哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院三維協(xié)同設(shè)計前期工作組，2011.

［10］黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院三維協(xié)同設(shè)計試點項目組. 奮斗水庫工程三維協(xié)同設(shè)計試點項目報告書［R］. 哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院三維協(xié)同設(shè)計試點項目組，2011.