推动设计手段革命 提高核心竞争能力开创具有龙江水院特色的三维协同设计之路

王浩民

( 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

0 前 言

“三维协同设计”具有直观高效的特点，克服了通常二维设计中可想而不可见的缺点，设计流程也由以往的线性串联转变为交互并联，可以极大的提高工程设计质量和效率，缩短项目设计周期，进而降低设计成本，代表了最新的设计理念和先进的设计水平，已经成为工程设计行业发展的大趋势和新方向。特别是随着国家对水利水电基础设施建设投入的加大，水利行业设计单位的生产任务日益繁重，勘测设计周期逐步缩短。为了在竞争日益激烈并加速开放的设计市场中赢得优势，满足业主对设计质量及设计效率逐步提高的要求，黑龙江省水利水电勘测设计研究院( 下称“龙江水院”)审时度势，把握时机，于2011年4月决定启动“三维协同设计”工作，有计划分阶段地推进前期调研、软件比选、试点攻关、推广导入、普及应用等相关工作，通过推动设计手段革命，提高核心竞争能力，为全面提升我院设计生产能力整体水平，打造高端品牌和树立创新形象，开创一条具有龙江水院特色的三维协同设计之路。

1 第一阶段:前期调研

“三维协同设计”是一种全新的设计手段，是工程设计领域革命性的技术更新。相对于传统的二维设计，它带来的是一种全新的设计模式和协同状态，原有的设计方法、设计流程都已经不适应三维协同设计的要求。因此开展“三维协同设计”是一项投入巨大的系统性工程。虽然早在20 世纪80年代，在水利水电行业就已经开始出现了对三维设计的探索，但是大规模系统性的开展工作以2004年华东勘测设计研究院选定美国Bentley 公司的Microstetion 基础平台为标志。不过短短数年时间，可供借鉴成功经验、案例较少，软件平台尚处于逐步完善阶段，相关公开信息支离分散，因此通过充分而缜密的前期调研，系统了解并掌握行业发展整体动态和最新进展，是正确把握三维协同设计工作开展方向的关键。

2011年4月，龙江水院三维协同设计前期工作组成立，结合对现有技术力量和三维设计开展情况的自身摸底调查，在大量资料收集和网络调研的基础上，提出了《关于龙江水院开展“三维协同设计”工作的建议书》，详细提出了前期工作的主要内容及推进建议，并于5月分两次分别针对法国达索公司Catia 软件平台和美国欧特克公司三维软件进行了技术交流。在此基础上，前期工作组于6月开始面向Microstation、Catia、Civil3D 等主要三维软件平台及华东勘测设计研究院、成都勘测设计研究院、昆明勘测设计研究院等主要应用用户，就软件技术特点、比选过程、采用案例、实施效果及投入规模等情况展开了针对性调研，获得了大量最新信息和宝贵经验，为软件比选工作提供了重要的科学决策依据。

国内水利水电行业开展三维协同设计院所情况见表1。

表1 水利水电行业三维技术应用现状一览表

2 第二阶段:软件比选

目前国内外流行的三维设计软件根据产品的性能及应用领域的不同，大致分为3 类:

1) 用于三维渲染绘图设计，如3DMAX、MAYA、Rhino、Sogtimage3D、Lightwave、Bryce3D 等。

2) 着重于三维建模功能，如AutoCAD、SolidWorks、Solid-Edge、MDT、MasterCAM 等。

3) 大型集成化系统，不但兼有CAD/CAE 软件之长，还集成有CAE/CAPP/PDM 等分析、工艺、产品资料管理的功能。这类软件以CATIA、UG、Pro/E、I2DEAS 为代表，还包括Autodesk 的Inventor、Bentley 的Microsation、Cimatron、PDS、PDMS、PLANTSPACE 等。

其中大型集成化系统在国内水利水电行业主要有以下3家为代表:

1) 美国Autodesk 公司的Civil 3D 和Revit 三维设计工作平台。

2) 美国 Bentley 公司的 MicroStation 三维设计和ProjectWise协同工作平台。

3) 法国达索公司的Catia 三维设计及VPM 协同工作平台。

在以上前期调研成果的基础上，为进一步对三维软件平台进行深入比选，2011年9月，龙江水院公开邀请美国欧特克( Autodesk) 公司及其代理北纬华元公司、美国奔特利( Bentley) 公司、法国达索( Dassault) 公司及其代理成都西盟泰克公司参与《黑龙江省水利水电勘测设计研究院三维协同设计整体解决方案》竞争性征集工作，以便在以下6个方面对上述软件工作平台进行详细技术比较的基础上，拟定适合龙江水院实际情况的“三维协同设计”整体解决方案，进而为下一阶段的试点项目初步确定待选软件平台。

1) 适合水利设计行业实际需求，拥有成功实施( 可借鉴)的案例，具有强大的支持性扩展能力。

2) 具有先进、可靠的数据库结构，方便统一管理。

3) 具有较强复合建模功能。

4) 具有较强的开发能力、延续性和较大用户群。

5) 良好的开放性: 具有友好的用户界面、强有力的开发工具、良好的兼容性，丰富的外部接口并支持相关工业标准。

6) 具有完善的售前和售后服务。

针对3 家公司提供的整体解决方案，龙江水院组织院内主要技术权威及部分一线生产人员共计68 人对进一步细化的21 项指标进行定量评价，最终选定采用Bentley 公司整体解决方案及工作平台开展试点项目实践评估工作。

3 第三阶段:试点攻关

2011年11月龙江水院三维协同设计试点项目正式启动。

试点项目的主要目的在于实践检验Bentley 公司整体解决方式的实现可行性及MicroStation 三维设计和ProjectWise协同工作平台的实际操作性能和软件服务商的综合服务能力。试点项目的成果要具有示范引导作用，将为龙江水院确定是否采用Bentley 软件平台以及最终构建龙江水院三维协同设计体系开展工作提供重要依据，因此在试点项目中对于三维协同工作的框架设计、组织形式、管理办法、运行机制等方面都进行了大胆尝试。

1) 试点项目在项目选择上为便于检验并突出三维协同设计的优势，本次选择工程规模较大、结构及内部设备更为复杂、专业覆盖面较广、基础资料更为齐全的黑龙江省穆棱市奋斗水库项目为载体，项目建议书阶段的水文及水利计算成果为依据，采用Bentley 三维协同软件为平台，对项目建议书阶段成果进行优化设计。

2) 在项目生产流程上针对试点项目的目的和特点，打破常规在传统设计组之外单独成立三维设计团队，传统设计与三维设计并行推进，三维设计不受传统审校核程序限制，可先期预设各项参数指标，快速搭建各方案的三维模型，对项目进行多方案比较后，提出推荐方案，以便在尽可能短的时间内实现三维试点项目的目的，并对设计生产提供参考。

3) 在组织结构上成立以院长为组长，分管院领导及相关专业处室领导参与的三维协同设计领导小组，总体决策重大事宜。同时建立以主管副院长为组长，三维设计前期工作骨干为核心的推进小组，负责执行领导小组决策，制定行动方案计划。其下从全院各专业处室抽调一线生产骨干组成试点项目组，组织具体实施。层层参与，级级分工，以确保项目的实施方向和力度贯彻始终。

4) 在管理办法上采用集中封闭设计形式，实施严格管理，计划到天，职责至人。每日召开当日例会梳理并解决当日问题，通过讨论发言的形式，汇报工作交流心得，提升团队协同意识能力，并通过日志形式对有关内容加以总结归纳，以促进试点项目的问题及时解决和经验的实时积累。

5) 在保障机制上试点项目优先调动人员和使用资金，在产值结算等方面引入弹性机制，对工作业绩进行定量考核，根据成果完成度决定激励措施。

在以上措施的综合效果下，龙江水院三维协同设计试点项目集中封闭设计56 d。项目组24 名成员经过培训可以熟练 使 用GEOPAK( 测 绘 模 块) 、GeoEngine( 地 质 模 块) 、GEOPAK( 场地模块) 、Architecture ucture( 建筑、结构模块) 、BBMS( 建筑电气模块) 、SubstationPromiseBBES( 电气系统模块) 、PSDS( 管道与设备模块) 等三维设计专业模块，独立完成奋斗水库项目全部三维建模工作，抽取二维图纸120张，超计划超精度圆满完成试点项目的预期成果和目标，达到国内同类项目相同阶段先进水平。奋斗水库三维设计成果见图1，图2。

根据试点项目评估结果，最终选定Bentley 公司MicroStation三维设计和ProjectWise 协同工作平台，2011年12月31日合作双方签署战略合作协议正式全面启动龙江水院三维协同设计工作。

图1 奋斗水库三维设计成果图

图2 通过剖切三维模型抽取的二维图纸——土石坝隧洞剖面图

4 今后展望－第四阶段:推广导入及实用化

随着黑龙江省水利水电勘测设计研究院与Bentley 公司战略合作协议的签署，2012年龙江水院将正式开始进入三维协同设计推广导入及实用化阶段。在此过程中将完成大面积三维协同设计软件的初高级培训，并通过1 ～2个导航项目在实现初步三维协同设计生产能力转化的同时，逐步建立、制定三维协同设计的组织方式、管理规定和相关标准，并为实用化阶段的研发定制工作提供指导性意见。

在此基础上将进一步深入三维协同设计实用化的尝试，在设计流程再造、工作标准完善、参数化库定制及二次开发等方面持续开展工作，结合院情全面建立具有龙江水院特色的三维协同设计体系。在“十二五”期间完成设计手段的全面升级并形成大规模开展三维协同设计的生产能力，继而以水利水电行业的全生命周期管理和数字化为远期目标，力争在大土木领域打造出具有龙江水院特色、国内领先的全生命周期三维协同设计体系，实现龙江水院全专业、全方位的三维协同设计应用，建立完善具备工程项目数字化移交的生产能力，从而实现水利水电项目的全生命周期管理，最终在该领域达到国内同行业领先技术水平。

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