王磊

三維數(shù)字化設(shè)計勢在必行。然而在變電站設(shè)計領(lǐng)域，受各種因素的影響，三維數(shù)字化設(shè)計的推廣情況卻不盡如人意。中南電力設(shè)計院（簡稱中南院）此前就三維數(shù)字化設(shè)計進行了一些探索，并取得了初步的成果。

三維設(shè)計勢在必行

近年來，三維數(shù)字化在我國發(fā)電廠設(shè)計中已經(jīng)逐步推廣使用，并取得了很好的效果，在材料統(tǒng)計、電纜橋架設(shè)計、管道碰撞等方面均凸顯了準確、直觀、高效的優(yōu)勢。而在變電設(shè)計領(lǐng)域，由于變電設(shè)計的特殊性，在三維數(shù)字化設(shè)計軟件的運用上存在一些較難解決的困難，故變電方面的三維數(shù)字化設(shè)計一直推進得比較緩慢，目前國內(nèi)變電三維數(shù)字化設(shè)計還沒有得到廣泛應(yīng)用。

隨著變電站設(shè)計行業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的二維設(shè)計手段越來越不能滿足工程建設(shè)需求。采用二維設(shè)計手段，需要依靠工程師的空間想象力、制圖技能和實踐經(jīng)驗來實現(xiàn)空間設(shè)計，具有較大的局限性，設(shè)計、施工效率也比較低，特別是在工期緊張的情況下，精確度相對較差的設(shè)計布局會導(dǎo)致工程建設(shè)總體成本居高不下。

在Bentley系列軟件平臺上應(yīng)用數(shù)字化協(xié)同設(shè)計可最大程度地降低或避免軟、硬碰撞的發(fā)生，確保工程的質(zhì)量和建設(shè)工期，提升設(shè)計管理能力。

三維設(shè)計的五大優(yōu)勢

以換流站控制樓設(shè)計為例，采用三維數(shù)字化設(shè)計具有以下優(yōu)勢：

其一，實現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計。采用Bentley系列軟件對換流站控制樓土建工程進行數(shù)字化協(xié)同設(shè)計，可為所有相關(guān)設(shè)計人員提供一個全信息、立體、可視、可多方位瀏覽的三維模型，設(shè)計人員可以方便地發(fā)現(xiàn)問題，借助碰撞檢查工具檢查出不同專業(yè)之間是否存在碰撞問題，將設(shè)計中差、錯、碰、漏問題降至最低。

而采用傳統(tǒng)的二維設(shè)計，不同專業(yè)的設(shè)計人員不能真正實現(xiàn)實時溝通和協(xié)同工作，常常會出現(xiàn)一些差、錯、碰、漏問題。這些問題常會等到施工階段才能發(fā)現(xiàn)，要通過變更設(shè)計來解決。設(shè)計變更過多，會造成返工，嚴重影響施工工期，并增加工程投資。

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計具有并行設(shè)計的特點，相比傳統(tǒng)的串行設(shè)計模式，設(shè)計人員無需等到上游專業(yè)完全設(shè)計完一個區(qū)域后才能開展自己的工作，而是可以通過“參考”、“刷新參考”的方式及時獲得上游專業(yè)的工作內(nèi)容，進行同步設(shè)計，縮短設(shè)計周期。

例如，在同一工程設(shè)計項目中，水工、暖通專業(yè)設(shè)計人員向土建專業(yè)設(shè)計人員提出需求（包括設(shè)備基礎(chǔ)、水管、風(fēng)管預(yù)留孔等）后，相關(guān)的設(shè)計人員即可分別完成三維空間設(shè)計。接下來，設(shè)計人員將各自的設(shè)計文件放到一個統(tǒng)一的坐標系內(nèi)進行校核，很容易發(fā)現(xiàn)多專業(yè)布置不匹配的情況，進行及時修改，高效地實現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計。

其二，實現(xiàn)精細化設(shè)計。采用三維數(shù)字化設(shè)計，可以對控制樓內(nèi)給排水管道和風(fēng)管進行優(yōu)化布局，從而壓縮層高，減小建筑占用面積，節(jié)省工程投資，從而達到精細化設(shè)計的目的。

其三，采用符合三維數(shù)字化設(shè)計的出圖方式。相關(guān)人員可以根據(jù)工程需要基于三維數(shù)字化模型任意抽取軸測圖，或者平、斷面圖。這樣抽取的圖紙可以真實地反映出三維空間對應(yīng)的平斷面，避免人為因素造成的錯誤。等幅面的三維數(shù)字化圖紙比二維圖紙可以反映出更多信息。數(shù)字化設(shè)計出圖從數(shù)量和信息量上都較二維出圖有很大的提高，可以更清晰、更精確地指導(dǎo)施工，提高工作效率，縮短施工時間。比如，水工、暖通專業(yè)施工圖大部分為設(shè)備、給排水管道、風(fēng)管的平斷面圖紙，這些圖紙中的“平面—斷面”、“斷面—斷面”間有著嚴格的邏輯關(guān)系。

采用二維設(shè)計，如果需設(shè)計有變更，可能出現(xiàn)部分平斷面圖紙漏改的情況，給后續(xù)的施工帶來困難。而采用三維設(shè)計，設(shè)計人員只需要專注于三維模型布置，如果設(shè)備布局發(fā)生變更，所有平斷面圖紙可以同步更新，不會發(fā)生遺漏或者矛盾的情況。

對于施工單位而言，二維設(shè)計形成的大量斷面圖之間缺乏整體感，很難形成整體的概念，需要較長時間去熟悉圖紙。三維出圖則可以將較復(fù)雜的區(qū)域拆分為若干簡單的區(qū)域，并給出各區(qū)域相關(guān)的斷面圖和軸視圖，使得施工人員可以更方便、全面地了解圖紙，從而提高了施工效率，保證了施工質(zhì)量。

其四，實現(xiàn)設(shè)計成果的高效溝通。采用Bentley軟件，可以直接將數(shù)字化協(xié)同設(shè)計成果用于三維仿真動畫、施工進度模擬和效果圖的制作，以展現(xiàn)整個工程的全貌。數(shù)字化設(shè)計所建立的模型是設(shè)計人員創(chuàng)建的準確設(shè)計模型，以它為藍本制作的動畫或效果圖，能夠準確地反映工程項目的實際情況。而且，對于一些簡單的展示效果或工程特定的細節(jié)，可以由設(shè)計人員自己利用三維數(shù)字化解決方案的內(nèi)置功能來減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，能夠原汁原味的體現(xiàn)設(shè)計思想。

三維仿真動畫的制作過程為：首先，在三維數(shù)字化模型中下選擇相關(guān)的構(gòu)件，并用軟件自帶的渲染引擎通過相機、燈光、環(huán)境的設(shè)置生成效果圖；然后，通過相機、路徑、目標、制式的設(shè)置生成一連串連續(xù)的畫面，形成一段漫游視頻。

施工進度模擬的過程為：完成各階段三維模型設(shè)計；確定工程實體的施工安裝時間，即按照業(yè)主對于工程的施工進度要求，制定工程不同階段的時間表；將上述時間表與三維模型關(guān)聯(lián)，形成四維模型，即按照時間表中的不同時間鏈接相應(yīng)的三維模型，達到顯示的模型與現(xiàn)場進度相一致。

其五，精確統(tǒng)計設(shè)備材料和工程量。在數(shù)字化設(shè)計中，數(shù)字化模型不僅提供設(shè)備的外形信息，還提供設(shè)備名稱、產(chǎn)品型號和生產(chǎn)廠家等詳細信息。設(shè)備布局完成后，可以通過Bentley軟件自動統(tǒng)計功能對設(shè)備材料進行精確統(tǒng)計，并自動生成設(shè)備材料清冊。設(shè)計人員在數(shù)字化模型空間中增加或者減少設(shè)備，設(shè)備材料表也會相應(yīng)修改，做到設(shè)備材料清冊始終與數(shù)字化模型一致，保證了設(shè)備材料表的準確性和實時性。

需要解決三個難題

三維數(shù)字化設(shè)計的核心是數(shù)據(jù)，而常規(guī)二維設(shè)計的目標卻是圖紙，將三維數(shù)字化設(shè)計視為將常規(guī)二維設(shè)計過程簡單在三維數(shù)字化平臺上再現(xiàn)顯然是不合適的。

第一，各專業(yè)軟件與三維數(shù)字化設(shè)計平臺的集成。上一階段中南電力設(shè)計院所做的的工作更多是探索，嘗試如何在三維數(shù)字化平臺上實現(xiàn)常規(guī)設(shè)計。隨著應(yīng)用的深入，我們應(yīng)該研究更適合數(shù)字化設(shè)計的設(shè)計過程和設(shè)計成果，讓數(shù)據(jù)貫通于工程全過程，將設(shè)計、采購、施工通過數(shù)據(jù)有機地串成整體，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的大流轉(zhuǎn)。與此同時，還要逐個實現(xiàn)各專業(yè)間的數(shù)據(jù)貫通，平臺與專業(yè)軟件之間數(shù)據(jù)貫通，另外也要研究建立一整套合適的數(shù)字化設(shè)計管理體系及如何以全新的方式提交或移交設(shè)計成果。

第二，進行系統(tǒng)定制。中南電力設(shè)計院希望把Bentley三維數(shù)字化設(shè)計平臺進一步打造成為變電設(shè)計解決方案的一個集成系統(tǒng)，結(jié)合文檔管理功能，為企業(yè)定制一個協(xié)同工作空間環(huán)境，這樣，項目相關(guān)人員無論在何時何地，工作環(huán)境都是一樣的。

第三，實現(xiàn)應(yīng)用標準化。要深化三維數(shù)字化設(shè)計應(yīng)用，應(yīng)該建立一套完整的解決方案，針對系統(tǒng)安裝、協(xié)同環(huán)境配置、專業(yè)軟件的基本使用規(guī)則等進行規(guī)范，形成一個全面的安裝、操作說明書。此外，還應(yīng)該建立統(tǒng)一的標準圖框、字體、字形、圖層定義、線性線寬和出圖基本規(guī)則等，使出圖更加規(guī)范。