蘆辰

隨著BIM技術(shù)和智慧水務(wù)概念的推廣及發(fā)展，三維協(xié)同設(shè)計在水利工程領(lǐng)域也正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。進(jìn)入三維協(xié)同設(shè)計階段后，設(shè)計成品主要是三維模型，模型的質(zhì)量就代表了設(shè)計質(zhì)量。一方面模型的造型、結(jié)構(gòu)、位置、顏色、圖層等信息，對模型的質(zhì)量有較大的影響；另一方面從目前的計算機(jī)軟、硬件技術(shù)水平來說，需要在模型精度和數(shù)據(jù)量之間找到一個合適的平衡點。

隨著北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院在BENTLEY系列軟件平臺上進(jìn)行的三維協(xié)同設(shè)計的不斷推廣和深入，建立了三維協(xié)同設(shè)計模型質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)直接指導(dǎo)三維協(xié)同設(shè)計過程，使設(shè)計模型滿足設(shè)計出圖需要和三維成品展示需要，具備實際的可操作性。同時隨著三維協(xié)同設(shè)計模型質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的建立和不斷調(diào)整完善，北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院逐步建立的三維協(xié)同設(shè)計質(zhì)量管理體系和三維協(xié)同設(shè)計生產(chǎn)管理體系，為北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院的信息化建設(shè)和實現(xiàn)工程項目全生命周期管理服務(wù)的目標(biāo)保駕護(hù)航。

模型標(biāo)準(zhǔn)化定義

模型的標(biāo)準(zhǔn)化包含了三個層次的內(nèi)容：第一是建模環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)化。唯一且共享的工作空間使模型的圖層、標(biāo)注、字體、斷面庫、切圖規(guī)則及圖框等設(shè)計元素是統(tǒng)一且標(biāo)準(zhǔn)的；管道數(shù)據(jù)庫和設(shè)備數(shù)據(jù)庫提供了標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的模型庫，保證不同的設(shè)計人員繪制出的三維模型在風(fēng)格上是一致的，模型的工程屬性和外形尺寸都是準(zhǔn)確的。在專業(yè)內(nèi)部和專業(yè)間協(xié)同工作時使得相關(guān)的模型及數(shù)據(jù)是一致的，也便于管理員維護(hù)軟件后臺環(huán)境和數(shù)據(jù)庫。

第二是模型文件的組織模式標(biāo)準(zhǔn)化。模型文件的組織模式涉及了工程項目中單項工程的劃分、專業(yè)內(nèi)部的設(shè)計內(nèi)容劃分及模型分裝、總裝的方式。在ProjectWise協(xié)同平臺上，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則建立的設(shè)計文檔體系可以直觀地反映出項目的工作內(nèi)容和協(xié)同的組織形式，同時也 便于ProjectWise管理員針對不同模型的層級和設(shè)計人員的權(quán)限做出相應(yīng)的設(shè)置。

第三是建模過程的標(biāo)準(zhǔn)化。建模過程包括在MicroStation軟件平臺的建模和第三方軟件建模，以及不同格式的模型互相導(dǎo)入的過程。第三方軟件主要用來建立景觀模型，所建模型需按一定規(guī)則導(dǎo)入MicroStation軟件平臺上進(jìn)行模型布置工作。通過一系列標(biāo)準(zhǔn)化的建模過程，保證了所建模型的質(zhì)量和建模效率，為模型的通用性和重用性提供保障，在設(shè)計方案調(diào)整、設(shè)計成品展示和設(shè)計過程管理方面提供有力支持。北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院在三維協(xié)同設(shè)計導(dǎo)航項目階段，已形成了若干標(biāo)準(zhǔn)建模方法指南，在隨后的三維協(xié)同設(shè)計過程中，設(shè)計人員均按照文檔中的方法建立模型。

從四個方面控制模型質(zhì)量

質(zhì)量管理的基礎(chǔ)要素是過程控制，過程控制能夠?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量的源頭進(jìn)行控制。過程控制是以預(yù)防為主的生產(chǎn)管理方法，是穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段，在生產(chǎn)過程中通過生產(chǎn)團(tuán)隊過程控制意識的培養(yǎng)，對關(guān)鍵過程的重點監(jiān)控，及時有效地處理發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題，能實現(xiàn)質(zhì)量不斷提高的目的。

同理，三維協(xié)同設(shè)計的產(chǎn)品即三維模型的質(zhì)量與模型建立的過程密切相關(guān)，要求設(shè)計人員在設(shè)計過程中遵循一定的設(shè)計規(guī)范和設(shè)計方法，通過控制設(shè)計過程保證設(shè)計成品即三維模型的質(zhì)量。具體控制過程包含以下要素：

標(biāo)準(zhǔn)建模環(huán)境

工作空間：是三維協(xié)同設(shè)計的重要組成部分，其中規(guī)定了圖層、線型、字體、標(biāo)注和種子文件等基礎(chǔ)設(shè)計信息，使不同專業(yè)設(shè)計文件的風(fēng)格保持一致，避免出現(xiàn)使用Auto CAD繪制二維圖紙時出現(xiàn)的字體、線型等不統(tǒng)一的問題，另外工作空間中保存了出圖圖框、樓層管理器、渲染動畫等信息。基于一個公用且唯一的工作空間繪制三維模型，是保證模型質(zhì)量的重要前提。

數(shù)據(jù)庫：目前北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院初步建立了基于Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫管理軟件的三維模型元件庫，元件庫中存儲了管道、管件、閥門等元件的參數(shù)信息以及水閘、水泵等設(shè)備類三維模型和門、窗、欄桿等元件。同時針對北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院部分河道、濕地整治項目，還建立了各類景觀三維模型庫。該元件庫在應(yīng)用軟件級別上，還建立了次一級元件庫。

協(xié)同平臺：ProjectWise軟件提供了一個協(xié)同工作平臺，從三維建模的角度來看，給設(shè)計人員提供一個設(shè)計文件存儲空間和相關(guān)專業(yè)的設(shè)計文件瀏覽功能。這就要求設(shè)計人員把自己專業(yè)的設(shè)計文件保存在ProjectWise平臺的對應(yīng)位置，同時設(shè)計參考文件也應(yīng)該僅從ProjectWise平臺上選取。隨著三維協(xié)同設(shè)計的經(jīng)驗逐步豐富，工作空間和數(shù)據(jù)庫均應(yīng)在ProjectWise平臺上存儲和管理，使ProjectWise平臺真正成為標(biāo)準(zhǔn)化建模工作的環(huán)境平臺。

標(biāo)準(zhǔn)模型組織

設(shè)計文檔的命名規(guī)則：北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院通過三維協(xié)同設(shè)計導(dǎo)航項目總結(jié)了一套關(guān)于文件夾、DGN文件、設(shè)計文件中的model命名規(guī)則，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的定義方式，定義命名元素，所有命名規(guī)則中出現(xiàn)的字段均從命名元素中選取，通過確定的排列組合形成了對應(yīng)的名稱。

各專業(yè)統(tǒng)一坐標(biāo)系：統(tǒng)一模型的定位基準(zhǔn)，主要用于專業(yè)內(nèi)的定位配合以及與其他專業(yè)之間的定位配合，確保最終模型分裝以及總裝的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性，關(guān)系到項目后期的碰撞檢測、設(shè)計檢視以及出圖，是項目實施初期各專業(yè)需要重點把握的。

定位基準(zhǔn)方式：各個單項工程的軸網(wǎng)1軸與A軸交點定位在ACS原點位置，所有工程師在設(shè)計模型時都參考同一個軸網(wǎng)。由于不同模型相對于ACS原點的空間位置不同，在做專業(yè)匯總和單項分裝時模型會自動裝配在一起，設(shè)計人員僅需調(diào)整參考文件的嵌套層級即可，不需要移動參考文件的位置。項目總裝也可以在項目啟動前期完成工作，隨著模型文件逐步建立，在項目總裝文件中即可實時看到項目的整體進(jìn)度。專業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)檢查模型文件和專業(yè)匯總，確保模型放在正確的位置上。

文件匯總規(guī)則：以北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計導(dǎo)航項目通州水廠項目為例，該項目涉及到了13個專業(yè)，16個單項工程。這些設(shè)計模型需要經(jīng)過專業(yè)匯總、單項分裝和項目總裝三級模型拼裝，需要對相關(guān)的參考和匯總操作進(jìn)行規(guī)范，才能保證整體三維模型的正確布置。

參考控制：專業(yè)負(fù)責(zé)人應(yīng)明確每一個設(shè)計文件的設(shè)計內(nèi)容和參考方式，監(jiān)督并檢查設(shè)計文件內(nèi)部的匯總，做好第二級別的專業(yè)匯總。保證匯總文件中不會出現(xiàn)重復(fù)的參考文件和多余的圖形、構(gòu)造線等元素，同時檢查模型所在的圖層與模型是否對應(yīng)。另外應(yīng)嚴(yán)禁修改被參考的文件，無論是軸網(wǎng)還是模型文件。

模型在三維空間中的布置：模型定位既包括模型本身在三維空間中的定位是否與設(shè)計要求一致——模型定位，也包括模型本身與其他模型之間的相互位置關(guān)系是否沖突——模型干涉這兩方面的概念。

模型定位：以軸網(wǎng)模型為定位基準(zhǔn)，軸網(wǎng)模型中的1軸與A軸交點定位在ACS原點位置，所有工程師在設(shè)計模型時都參考同一個軸網(wǎng)模型，區(qū)域坐標(biāo)原點相對固定，不可輕易變更。布置模型時需準(zhǔn)確捕捉模型的關(guān)鍵點，此時模型關(guān)鍵點的捕捉是否正確主要取決于模型創(chuàng)建時的繪制方法是否標(biāo)準(zhǔn)，通過精確繪圖功能或繪制輔助線放置模型，模型放置后應(yīng)刪除輔助線。建立梁、柱、板等模型時應(yīng)進(jìn)行必要的回切、開洞操作；建立墻體時應(yīng)注意墻體的拐角和墻體封閉處的處理，以及墻體相對于梁、柱、板的回切。

模型干涉：模型布置時要參考軸網(wǎng)模型定位，也要參考其他模型進(jìn)行定位布置。由于在三維設(shè)計階段，所有模型是按照物體的實際安裝狀態(tài)進(jìn)行組裝，這就要求布置模型時也要注意模型與模型之間的嵌入安裝和模型開孔等模型之間細(xì)部的匹配，否則在做模型的碰撞檢查時，無法判斷發(fā)生碰撞的兩個模型之間是真正碰撞還是由于表面相接出現(xiàn)的偽碰撞。

模型與DGN文件的對應(yīng)：設(shè)計人員應(yīng)僅在本專業(yè)DGN文件的model中繪制模型，在匯總model、專業(yè)匯總DGN文件、單項分裝DGN文件及項目總裝DGN文件中均不繪制任何二維或三維模型。協(xié)同設(shè)計過程中，為防止模型重復(fù)布置或缺失，某一專業(yè)繪制的任何模型，應(yīng)由設(shè)計人員布置在本專業(yè)的DGN文件中。

標(biāo)準(zhǔn)建模方法

半?yún)?shù)化建模：即利用軟件自帶的功能模塊通過輸入外形尺寸和工程屬性等參數(shù)，自動生成三維模型，主要包括門、窗、樓梯、梁、柱、樓板、墻體、電纜橋架及部分設(shè)備。由于模型是通過軟件預(yù)設(shè)的函數(shù)自動生成，模型樣式不能隨意修改，因此針對此類模型，在建模時應(yīng)核實要輸入的參數(shù)信息并準(zhǔn)確輸入，模型生成后應(yīng)檢查模型的外形、樣式和屬性是否正確，同時每個模型都應(yīng)放置在預(yù)設(shè)好的對應(yīng)的圖層上。

另外如果建立參數(shù)化模型時需要使用輔助線，應(yīng)在繪制輔助線時將輔助線設(shè)置成構(gòu)造線的樣式，便于模型修改。

有部分模型是在建模之前需要將參數(shù)預(yù)先設(shè)置，如管道數(shù)據(jù)庫和梁柱斷面庫。數(shù)據(jù)庫和斷面庫應(yīng)由專業(yè)人員配置和維護(hù)，其他設(shè)計人員在建模時不能對數(shù)據(jù)庫或斷面庫進(jìn)行操作，若需進(jìn)行更改，則按照已制定的數(shù)據(jù)庫及工作空間配置的工作流程提交需求。

自定義建模方法：軟件自帶的功能模塊通常不能滿足設(shè)計過程的全部需求，在目前的水利工程設(shè)計領(lǐng)域的三維協(xié)同設(shè)計過程中，自定義的模型占到相當(dāng)大的比例，例如一些非標(biāo)混凝土構(gòu)件和水閘等模型。

自定義構(gòu)件：與參數(shù)化建模類似，但需要在軟件中提前設(shè)置模型的外形和工程屬性，詳細(xì)的操作方法需要根據(jù)實際需要臨時研究，目前不作為主要的自定義建模方法。

三維實體造型：根據(jù)二維圖紙繪制三維模型，或直接繪制大概的三維模型再進(jìn)行精確修改。此類模型的外形尺寸要求準(zhǔn)確；其中設(shè)備類模型應(yīng)先導(dǎo)入項目級元件庫中，再由元件庫調(diào)用該設(shè)備并進(jìn)行布置；需要連接管道的設(shè)備，應(yīng)提前預(yù)留管嘴的空間位置；模型應(yīng)放置在對應(yīng)的圖層上。

隨著模型元件庫的逐漸豐富，應(yīng)針對每一類設(shè)備建立標(biāo)準(zhǔn)的建模流程文檔，以保證同一類設(shè)備的建模方式是相同的，便于模型修改和批量創(chuàng)建設(shè)備模型，減少人為因素造成的模型差異，同時為參數(shù)化自定義設(shè)備建模的二次軟件開發(fā)提供資料。另外模型既有三維模型，也包括二維模型，每建立一個自定義設(shè)備，應(yīng)同時繪制模型的二維平、立、剖面圖樣，使二維圖紙和三維模型建立統(tǒng)一的聯(lián)系。

第三方模型導(dǎo)入：如為了提高渲染效果而增加的模型，包括使用U3D、RPC、樹木單元等，或者是設(shè)備廠家提供的三維模型。此類模型需要根據(jù)三維實體造型的要求，對模型進(jìn)行二次加工，然后制作成設(shè)備單元，并將對應(yīng)的屬性信息添加入元件庫中。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計協(xié)同

設(shè)計過程中可以參考二維圖紙或其他設(shè)計人員的三維模型，設(shè)計人員僅能在本人的DGN文件的非匯總model中進(jìn)行參考操作，可以對被參考的文件進(jìn)行移動、復(fù)制、縮放、旋轉(zhuǎn)和鏡像操作，禁止對被參考文件進(jìn)行交換、激活和合并到主文件的操作。

參考是將特定路徑的模型，與激活模型一同顯示。三維設(shè)計過程中，協(xié)同設(shè)計主要體現(xiàn)在設(shè)計人員之間可以及時準(zhǔn)確的獲得相關(guān)設(shè)計信息，參考使得專業(yè)間即時協(xié)同成為可能。

用戶參考其他模型時，激活模型中參考的部分會隨著參考模型的修改而即時更新。由于各專業(yè)協(xié)同建模時采用了互相參考的方式在ProjectWise平臺協(xié)同工作，因此被參考模型的修改就需要有標(biāo)準(zhǔn)的工作流程來規(guī)范，否則會出現(xiàn)被參考模型被隨意更改。而參考其他專業(yè)模型進(jìn)行設(shè)計的專業(yè)人員就會根據(jù)參考模型不停修改自己的設(shè)計，這樣做不僅會浪費設(shè)計人員大量的精力和時間，也會造成模型版本的不統(tǒng)一，降低工作效率。

三維協(xié)同設(shè)計是工程設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)革新，也是設(shè)計理念和工作方式的全面升級。三維協(xié)同設(shè)計平臺的建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，三維模型的質(zhì)量管理屬于三維標(biāo)準(zhǔn)體系中的一個組成部分，推廣和應(yīng)用三維協(xié)同設(shè)計不僅需要建立標(biāo)準(zhǔn)文件，更需要通過軟件二次開發(fā)和項目級平臺定制等手段，體現(xiàn)出相對于二維設(shè)計階段的工具升級和流程更新。