三維協(xié)同設(shè)計(jì)是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作效率的有效手段，在水利水電工程設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用也將是必然趨勢(shì)。中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司（下稱(chēng)中水東北公司）在荒溝抽水蓄能電站工程項(xiàng)目中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作的整體部署、有效開(kāi)展和存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了有益的探索和總結(jié)。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)是新一代數(shù)字化、虛擬化和智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)，它是建立在平面和二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，讓設(shè)計(jì)目標(biāo)更加立體化、形象化的一種新興設(shè)計(jì)方法，其在機(jī)械、電子、航空、航天以及建筑等部門(mén)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并在實(shí)踐中證明是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和工作效率的有效手段，在水利水電工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的推廣和廣泛應(yīng)用也將是必然趨勢(shì)。

中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司（下稱(chēng)中水東北公司）多年來(lái)一直密切關(guān)注三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，從2009年開(kāi)始進(jìn)行三維設(shè)計(jì)軟件測(cè)試和工程設(shè)計(jì)應(yīng)用試點(diǎn)工作，最終搭建三維協(xié)同設(shè)計(jì)基礎(chǔ)平臺(tái)。在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上，圍繞實(shí)際工程項(xiàng)目，逐步推進(jìn)和開(kāi)展三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作，先后選擇旁多水利樞紐工程、豐滿(mǎn)大壩重建工程、荒溝抽水蓄能電站工程和蓄能電站典型設(shè)計(jì)等項(xiàng)目開(kāi)展三維設(shè)計(jì)工作。試點(diǎn)項(xiàng)目涵蓋了中水東北公司的主要工程類(lèi)型和設(shè)計(jì)階段，包括地質(zhì)、地形、場(chǎng)地、開(kāi)挖、建筑物和設(shè)備等主要水電工程設(shè)施，經(jīng)歷了任務(wù)分解、文件組織、三維建模、模型組裝、碰撞檢查、圖形輸出等三維設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)試點(diǎn)工作統(tǒng)一了協(xié)同工作環(huán)境，統(tǒng)一了圖層、顏色，初步掌握三維協(xié)同設(shè)計(jì)方法，初步具備三維建模能力，初步形成項(xiàng)目管理模式，運(yùn)用碰撞檢查手段很好解決了設(shè)備沖突問(wèn)題，并通過(guò)試點(diǎn)工作培養(yǎng)了一批熟練掌握建模技術(shù)的各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員，為進(jìn)一步推進(jìn)三維設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。本文以荒溝抽水蓄能電站工程為實(shí)例，簡(jiǎn)要介紹三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作在該項(xiàng)目中的應(yīng)用。

項(xiàng)目概況

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省牡丹江市海林縣三道河子鎮(zhèn)，下池為蓮花水電站水庫(kù)，上池為牡丹江支流三道河子右岸的山間洼地。電站總裝機(jī)容量為1200MW，安裝四臺(tái)水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)組，單機(jī)容量為300MW。年平均發(fā)電量14.13×108kw?h，年發(fā)電小時(shí)數(shù)為1178h,年抽水用電量為18.67×108kw?h，年抽水小時(shí)數(shù)為1556h，綜合效率為75.6%。工程承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及緊急事故備用。

2012年荒溝抽蓄工程項(xiàng)目進(jìn)入招標(biāo)設(shè)計(jì)階段，經(jīng)多方權(quán)衡，中水東北公司決定該項(xiàng)目從此階段開(kāi)始應(yīng)用三維協(xié)同設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)。

荒溝抽蓄項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)依托ProjectWise平臺(tái)，根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作的需求，結(jié)合中水東北公司的專(zhuān)業(yè)設(shè)置，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了如下分解：

其中，各專(zhuān)業(yè)的編號(hào)與中水東北公司文件歸檔及檔案管理辦法的要求相一致，二級(jí)與三級(jí)目錄的設(shè)置（以廠(chǎng)房專(zhuān)業(yè)為例），主要考慮了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)內(nèi)容、質(zhì)量管理及權(quán)限控制等多方面需求，從而保證三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作能夠有效、有序和可控的開(kāi)展。

根據(jù)對(duì)該工程項(xiàng)目的分解，荒溝項(xiàng)目經(jīng)理部編制招標(biāo)設(shè)計(jì)階段三維設(shè)計(jì)工作大綱，明確目標(biāo)、任務(wù)、實(shí)施計(jì)劃，負(fù)責(zé)項(xiàng)目進(jìn)度控制，保證項(xiàng)目進(jìn)度，各設(shè)計(jì)處、室專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員經(jīng)前期軟件培訓(xùn)，開(kāi)展本項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)工作。

項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)流程及成果

各相關(guān)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員在ProjectWise平臺(tái)提供的統(tǒng)一的工作環(huán)境下，按照項(xiàng)目分解的內(nèi)容，應(yīng)用各自的專(zhuān)業(yè)軟件（MicroStation、Architecture、Building Mechanical System等）進(jìn)行計(jì)算、建模和拼裝等三維設(shè)計(jì)工作，既相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系，各專(zhuān)業(yè)完成模型建立工作后，三維模型總裝工作由三維設(shè)計(jì)室完成，各專(zhuān)業(yè)內(nèi)的碰撞檢查由該專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員完成，總裝模型的碰撞檢查工作由項(xiàng)目經(jīng)理牽頭，組織協(xié)調(diào)各專(zhuān)業(yè)人員共同完成，項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)流程如下：

其中，測(cè)繪專(zhuān)業(yè)提供經(jīng)專(zhuān)業(yè)模塊處理、滿(mǎn)足精度要求的原始地形數(shù)據(jù)；地質(zhì)專(zhuān)業(yè)利用上述數(shù)據(jù)建立三維地質(zhì)模型；壩工專(zhuān)業(yè)主要使用GEOPAK Site和 Architecture軟件進(jìn)行場(chǎng)地開(kāi)挖及壩體結(jié)構(gòu)建模等工作。工廠(chǎng)三維設(shè)計(jì)則涵蓋廠(chǎng)房、水力機(jī)械、電氣、暖通、給排水、建筑及金屬結(jié)構(gòu)等多專(zhuān)業(yè)，上述專(zhuān)業(yè)在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)ProjectWise下，以廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)模型作為設(shè)備布置定位坐標(biāo)，從相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入元件和設(shè)備模型，以完成水力機(jī)械、暖通和給排水等專(zhuān)業(yè)的設(shè)備布置（對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)中暫缺的的設(shè)備。本項(xiàng)目采用基本的三維建模工具由設(shè)計(jì)人員進(jìn)行人工建模）；模型總裝并經(jīng)碰撞檢查無(wú)誤后，進(jìn)行相關(guān)的三維及二維圖紙的輸出工作。項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)成果包括：

1） 上水庫(kù)庫(kù)盆結(jié)構(gòu)建模、庫(kù)區(qū)回填體建模和主、副壩結(jié)構(gòu)模型等。

2） 輸水系統(tǒng)三維模型。

3） 上水庫(kù)環(huán)庫(kù)路、上下庫(kù)聯(lián)系路和施工支洞模型。

4） 廠(chǎng)房及開(kāi)關(guān)站模型。

5） 水力機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)模型。

6） 采暖、通風(fēng)、空調(diào)及消防設(shè)備模型。

在荒溝抽水蓄能電站工程招標(biāo)設(shè)計(jì)評(píng)審會(huì)上，該項(xiàng)目三維協(xié)同設(shè)計(jì)成果受到與會(huì)專(zhuān)家的一致認(rèn)可和好評(píng)，這進(jìn)一步堅(jiān)定了中水東北公司做好三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作的決心。右圖是部分設(shè)計(jì)成果：

項(xiàng)目存在的主要問(wèn)題及應(yīng)對(duì)的思考

與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)不同，三維協(xié)同設(shè)計(jì)目前還未形成一套成熟的設(shè)計(jì)流程、標(biāo)準(zhǔn)控制和質(zhì)量管理體系，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立工作亟待進(jìn)行。ProjectWise是三維協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)平臺(tái)，承載著整個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)，因此，設(shè)計(jì)人員用好和管理人員管好，是三維設(shè)計(jì)工作能夠開(kāi)展好的前提。

在本項(xiàng)目的應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員存在的主要問(wèn)題是專(zhuān)業(yè)內(nèi)和專(zhuān)業(yè)間的模型重復(fù)參考現(xiàn)象比較嚴(yán)重，對(duì)嵌套深度的把握存在不足，從而極大的降低了后期的模型總裝、碰撞檢查以及出圖工作的效率，影響工作進(jìn)度。三維設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)決定了專(zhuān)業(yè)間的模型參考是不可避免的，為了解決重復(fù)參考的問(wèn)題，除了要加大對(duì)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)力度和責(zé)任心的宣傳，還必須將此項(xiàng)工作列入校核工作的重點(diǎn)。對(duì)管理人員來(lái)說(shuō)，項(xiàng)目怎樣分解更加合理，權(quán)限如何控制更加有效也是亟待解決的問(wèn)題。

此外，在本項(xiàng)目壩工專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)上，特別是在庫(kù)盆結(jié)構(gòu)重新建模過(guò)程中，受軟件計(jì)算能力和硬件設(shè)備水平的限制，工作量大，工作進(jìn)度緩慢，不能滿(mǎn)足實(shí)際工作需要。解決該問(wèn)題除了要對(duì)軟硬件進(jìn)行升級(jí)外，更重要的是要進(jìn)一步研究在進(jìn)行這種大范圍的地理模型構(gòu)造時(shí)的精度要求，從而提高工作效率。

專(zhuān)業(yè)軟件集成的模型庫(kù)不完整、配筋圖的繪制功能薄弱，尚不能滿(mǎn)足工作需要，迫使設(shè)計(jì)人員手工繪制部分構(gòu)件，降低工作效率。為解決該問(wèn)題，模型庫(kù)的建立和相關(guān)功能的二次開(kāi)發(fā)工作不可避免。

通過(guò)切圖的方法將三維模型轉(zhuǎn)換為二維圖紙是三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)，也是三維設(shè)計(jì)全面取代二維設(shè)計(jì)，應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。該項(xiàng)技術(shù)在本項(xiàng)目的實(shí)施工程中，主要存在切圖時(shí)間過(guò)于冗長(zhǎng)和生成的二維圖紙后期修改量過(guò)大這兩個(gè)問(wèn)題。

導(dǎo)致上述兩個(gè)問(wèn)題發(fā)生的主要原因是多方面造成的，包括設(shè)計(jì)人員的基礎(chǔ)模型建立方法，Part屬性設(shè)置、切圖過(guò)程中切面放置的技巧以及軟件自身的部分原因等。解決該問(wèn)題需要設(shè)計(jì)人員通過(guò)工作實(shí)踐，探索出最適宜的建模方法和Part屬性設(shè)置并提高切圖技巧、積累切圖經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)軟件也亟待對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和升級(jí)。另外，三維設(shè)計(jì)的出圖、組圖方式，是否一定要與二維設(shè)計(jì)的表現(xiàn)形式完全相一致，這涉及到觀念的轉(zhuǎn)變和質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn)的建立。

結(jié)語(yǔ)

中水東北公司經(jīng)過(guò)近幾年的不斷探索，對(duì)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的基本工作流程和基本設(shè)計(jì)方法有了初步的掌握，通過(guò)若干工程項(xiàng)目的實(shí)踐，也積累了一些經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了一批能夠適應(yīng)三維協(xié)同設(shè)計(jì)工作環(huán)境的設(shè)計(jì)人員，但三維設(shè)計(jì)工作目前仍處在探索階段，需要完善和提高的地方還有很多，更有一些重要問(wèn)題需要解決，我們的主要精力放在了三維建模技術(shù)的學(xué)習(xí)和掌握，對(duì)三維設(shè)計(jì)技術(shù)的研究不足，三維設(shè)計(jì)校審工作沒(méi)有及時(shí)跟進(jìn)，仍然停留在二維圖紙校審階段，不能滿(mǎn)足三維設(shè)計(jì)校審需要。這些問(wèn)題制約了三維設(shè)計(jì)的發(fā)展，我們要統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，明確目標(biāo)，克服困難，著力解決當(dāng)前遇到的問(wèn)題，加快三維設(shè)計(jì)推進(jìn)速度，在技術(shù)上、體系上形成一套適用于中水東北公司情況的、基本成熟的、實(shí)用的解決方案及與之相關(guān)的管理體系，達(dá)到實(shí)用化要求。