浅谈三维数字化技术在水电设计企业中的应用

张 燕，钟 声，邵敬东

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

中国电建集团成都院于2004年左右开始探索研究三维数字化设计及工程全生命周期管理技术，并于2008年开始应用于锦屏一级、大岗山、溪洛渡拱坝设计，利用三维数字化技术，辅助解决了拱坝坝肩稳定分析、高拱坝复杂地基基础处理设计、坝身复杂孔口群设计、地下洞室块体稳定性分析等一系列重大技术难题。但是此后，数字化设计在水电方面的系统应用成果较少，究其原因可能是多方面的，但其根本原因是没有清晰地从设计的角度找到三维数字化设计的价值，从而缺乏发展动力。本文从三维数字化技术对勘测设计的价值出发，探寻三维数字化设计发展的方向。

1 建筑行业数字化设计技术发展

计算机辅助设计（Computer Aided Design）技术诞生于1946年的麻省理工学院，初期仅应用于航天、自动化、生物等高科技领域，上世纪80年代以后CAD开始在机械、建筑等应用领域普及。由于CAD技术的引入，设计人员从此扔掉了图板，摆脱了描图，整个行业的设计效率、设计质量得到了飞跃发展。但是，这些CAD应用基本都是二维的，对设计企业和设计人员来说由图板到二维CAD的转变仅仅是切换了画板而已，设计工作量、工作流程以及企业管理并没有太多改变，二维CAD更多地是发挥了计算机辅助绘图的作用。因此，二维CAD的推广非常顺利。

计算机三维辅助设计技术（简称“三维CAD”）最早能够追溯到1962年马塞诸塞州科技学院的“基本图”，其原理是利用光笔交互地处理、显示二维和三维线框物体。三维技术诞生后的很长一段时间内仅被应用于航天领域，后来在机械设计和影视行业得到了广泛的应用。建筑行业于上世纪90年代左右引入三维CAD设计理念，但由于三维数字化设计在设计理念、工作流程、生产管理方式上都与传统二维设计有着很大的不同，导致三维CAD辅助设计的发展相比二维CAD辅助设计慢很多。

作为传统行业的建筑业，目前的数字化、信息化水平仍相对不高，从2019年中国施工企业管理协会第五届工程建设行业互联网大会公布的信息来看（如图1所示），建筑业的数字化、信息化目前还处于起步期。

图1 建筑行业信息化发展水平

2 三维数字化设计困境及发展方向

2.1 三维数字化设计困境

三维数字化设计虽然具有直观可视，能提升产品质量、提高某些标准结构设计效率的优势，但是由于受制于其对设计流程、管理制度的冲击，以及其所需资源投入大的影响，三维数字化设计在公司推广尤为艰难。

一方面，设计企业过多地注重三维数字化的工具属性，忽略了设计技术创新、管理变革和对内部价值的挖掘，从而导致三维数字化设计的内生动力不足。在三维数字化设计推进的过程中，我们关注的重心始终停留在如何利用三维数字化技术解决出图、算工程量、渲染等问题，对三维技术的应用仅停留在设计工具的层面，只能算是“三维绘图”，与真正的“三维设计”和“创新设计”尚存在差距。若把三维数字化设计技术仅作为工具，对企业而言，时间、人力和资金的大幅投入，得到的却只是和传统二维CAD相当的产品，产品精度和质量的提高远不能为三维数字化设计的发展提供足够的动力。

另一方面，近年来，尽管三维数字化与BIM的碰撞开启了整个水电行业全产业链数字化、信息化发展的新篇章，使得三维数字化设计再次受到人们的关注，但三维数字化设计主要作用是为BIM提供的模型载体，因此，其发展取决于行业BIM应用发展水平。对整个行业而言，BIM的价值更多地发挥在建设期和运维期，目前仍缺乏有效的信息手段去打通设计、施工、运维三个阶段的信息孤岛，进而将有效信息纵向、横向连接起来开展智慧应用。因此，水电行业的BIM应用主要还是集中在各自独立的领域，设计数据仅发挥了协同设计的作用，并没有延伸到施工和建设管理领域；建设阶段的数据也未能形成有效信息向运维阶段传递，为后期系统、设备良好运行奠定数据基础。三维数字化与BIM之间的“最后一公里”仍未打通，三维数字化设计发展的外部驱动力略显不足。

2.2 三维数字化设计未来发展

2.2.1 与设计理论融合，推动技术进度

设计企业的优势是掌握设计技术，将三维数字化技术与工程设计技术创新升级融合，从设计技术创新的角度来重新审视三维数字化设计的价值，走数字化设计向智能设计发展之路，提升企业技术实力。

以公司研发的岔管一体化设计系统为例，它将公司在岔管设计领域积累的知识、经验、方法、流程与三维数字化技术相融合（如图2所示），研究形成了一套钢岔管参数化智能控制设计方法，使公司钢岔管设计技术处于国内领先水平。

图2 设计、分析、制图、成果整理集成解决方案

2.2.2 积累企业知识，构建数据资产

几十年来，公司在大渡河流域、雅砻江流域、金沙江流域和雅鲁藏布江流域开展了大量的地质勘探工作，获得了许多宝贵的一手资料。另外，公司在承担的二滩、沙牌、溪洛渡、锦屏一级、大岗山、瀑布沟、长河坝、藏木等一系列工程设计建设过程中积累了大量的工程数据。这些数据是公司的隐形财富，我们可以利用三维数字化技术将这些地勘记录、钻孔资料、工程图纸、报告等转化为数字资产，让其成为公司永久的财富。

2.2.3 服务于总承包，助力公司转型

随着公司深化改革，国内外工程总承包业务已成为公司重要的业务板块。EPC项目在企业组织内部可以形成设计、施工集成的环境，三维数字化设计可以此为契机，通过精细化设计将问题前置，避免工程返工；通过优化设计，节省项目投资；通过数字化设计与工程管理的深度融合实现设计、采购、施工的良性循环，缩短建设周期，切实为公司创造经济效益。

2.2.4 与BIM融合，建设工程智慧服务能力

随着国家大数据、“互联网+”战略等实施，建筑行业数字化、信息化必将迎来高速发展，建筑技术与“两化”的融合将会成为行业发展的新常态。公司可以利用三维数字化技术与BIM相融合等契机，打造以设计技术、工程数据、知识资源为基础，以专家分析系统为核心的工程智慧服务能力。

3 结 语

技术革新是建筑行业企业发展的最主要驱动因素，作为设计企业，我们需要多角度利用三维数字化设计技术为企业创造价值，将技术转化为生产力、转化为资产，转化为企业的转型发展突破口，并从中寻找三维数字化设计的发展的动力。