[摘要] 三维协同设计在荒沟抽水蓄能电站项目中的应用金 雨薛 涛冯 林张旭鹏摘要 三维协同设计是提高设计质量和工作效率的有效手段，在水
三维协同设计在荒沟抽水蓄能电站项目中的应用
金 雨薛 涛冯 林张旭鹏
摘要 三维协同设计是提高设计质量和工作效率的有效手段，在水利水电工程设计中的广泛应用也将是必然趋势，本文结合中水东北勘测设计研究有限责任公司在荒沟抽水蓄能电站工程项目中的实践经验，对三维协同设计工作的整体部署、有效开展和存在的主要问题进行了有益的探索和总结。
关键词三维设计 协同设计 项目应用
前言
三维协同设计是新一代数字化、虚拟化和智能化设计平台的基础，它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更加立体化、形象化的一种新兴设计方法，其在机械、电子、航空、航天以及建筑等部门已经得到广泛的应用，并在实践中证明是提高设计质量和工作效率的有效手段，在水利水电工程设计领域中的推广和广泛应用也将是必然趋势。
中水东北勘测设计研究有限责任公司（下称中水东北公司）多年来一直密切关注三维协同设计技术的发展，从2009年开始进行三维设计软件测试和工程设计应用试点工作，最终选择以Bentley公司的技术解决方案搭建三维协同设计基础平台，在此平台的基础上，围绕实际工程项目，逐步推进和开展三维协同设计工作，先后选择旁多水利枢纽工程、丰满大坝重建工程、荒沟抽水蓄能电站工程和蓄能电站典型设计等项目开展三维设计工作，试点项目涵盖了中水东北公司的主要工程类型和设计阶段，包括地质、地形、场地、开挖、建筑物和设备等主要水电工程设施，经历了任务分解、文件组织、三维建模、模型组装、碰撞检查、图形输出等三维设计过程。通过试点工作统一了协同工作环境，统一了图层、颜色，初步掌握三维协同设计方法，初步具备三维建模能力，初步形成项目管理模式，运用碰撞检查手段很好解决了设备冲突问题，并通过试点工作培养了一批熟练掌握建模技术的各专业设计人员，为进一步推进三维设计奠定基础。本文以荒沟抽水蓄能电站工程为实例，简要介绍三维协同设计工作在该项目中的应用。
1项目概况
荒沟抽水蓄能电站位于黑龙江省牡丹江市海林县三道河子镇，下池为莲花水电站水库，上池为牡丹江支流三道河子右岸的山间洼地。电站总装机容量为1200MW，安装四台水泵水轮机-发电电动机机组，单机容量为300MW。年平均发电量14.13×108kw·h，年发电小时数为1178h,年抽水用电量为18.67×108kw·h，年抽水小时数为1556h，综合效率为75.6%。工程承担电力系统调峰、填谷、调频及紧急事故备用。
2012年荒沟抽蓄工程项目进入招标设计阶段，经多方权衡，中水东北公司决定该项目从此阶段开始应用三维协同设计取代传统的二维设计。
2项目分解及人员配置（PW专业目录结构）
荒沟抽蓄项目三维协同设计依托Bentley ProjectWise平台，根据项目设计工作的需求，结合我公司的专业设置，对该项目进行了如下分解：
其中，各专业的编号与中水东北公司文件归档及档案管理办法的要求相一致，二级与三级目录的设置（以厂房专业为例），主要考虑了满足设计流程、设计内容、质量管理及权限控制等多方面需求，从而保证三维协同设计工作能够有效、有序和可控的开展。
根据对该工程项目的分解，荒沟项目经理部编制招标设计阶段三维设计工作大纲，明确目标、任务、实施计划，负责项目进度控制，保证项目进度，各设计处、室专业设计人员经前期软件培训，开展本项目的三维设计工作。
3项目主要设计流程及成果
各相关专业设计人员在ProjectWise平台提供的统一的工作环境下，按照项目分解的内容，应用各自的专业软件（MicroStation、Bentley Architecture、Bentley Building Mechanical System等）进行计算、建模和拼装等三维设计工作，既相互独立又彼此联系，各专业完成模型建立工作后，三维模型总装工作由三维设计室完成，各专业内的碰撞检查由该专业设计人员完成，总装模型的碰撞检查工作由项目经理牵头，组织协调各专业人员共同完成，项目主要设计流程如下：
其中，测绘专业提供经专业模块处理、满足精度要求的原始地形数据；地质专业利用上述数据建立三维地质模型；坝工专业主要使用GEOPAK Site和Bentley Architecture软件进行场地开挖及坝体结构建模等工作；工厂三维设计则涵盖厂房、水力机械、电气、暖通、给排水、建筑及金属结构等多专业，上述专业在协同设计平台ProjectWise下，以厂房结构模型作为设备布置定位坐标，从相关专业软件数据库中调入元件和设备模型，以完成水力机械、暖通和给排水等专业的设备布置（对于数据库中暂缺的的设备，本项目采用基本的三维建模工具由设计人员进行人工建模）；模型总装并经碰撞检查无误后，进行相关的三维及二维图纸的输出工作。项目主要设计成果包括：
1）上水库库盆结构建模、库区回填体建模和主、副坝结构模型等。
2）输水系统三维模型。
3）上水库环库路、上下库联系路和施工支洞模型。
4）厂房及开关站模型
5）水力机械设备、电气设备及金属结构模型
6）采暖、通风、空调及消防设备模型
在荒沟抽水蓄能电站工程招标设计评审会上，该项目三维协同设计成果受到与会专家的一致认可和好评，这进一步坚定了我公司做好三维协同设计工作的决心。以下是部分设计成果：
4项目存在的主要问题及应对的思考
1）与传统的二维设计不同，三维协同设计目前还未形成一套成熟的设计流程、标准控制和质量管理体系，相关标准的建立工作亟待进行。
2）ProjectWise是三维协同设计的基础平台，承载着整个设计活动，因此，设计人员用好和管理人员管好，是三维设计工作能够开展好的前提。
在本项目的应用中，设计人员存在的主要问题是专业内和专业间的模型重复参考现象比较严重， 对嵌套深度的把握存在不足，从而极大的降低了后期的模型总装、碰撞检查以及出图工作的效率，影响工作进度。三维设计工作的特点决定了专业间的模型参考是不可避免的，为了解决重复参考的问题，除了要加大对设计人员的培训力度和责任心的宣传，还必须将此项工作列入校核工作的重点。对管理人员来说，项目怎样分解更加合理，权限如何控制更加有效也是亟待解决的问题。
3）在本项目坝工专业设计上，特别是在库盆结构重新建模过程中，受软件计算能力和硬件设备水平的限制，工作量大，工作进度缓慢，不能满足实际工作需要。解决该问题除了要对软硬件进行升级外，更重要的是要进一步研究在进行这种大范围的地理模型构造时的精度要求，从而提高工作效率。
4）专业软件集成的模型库不完整、配筋图的绘制功能薄弱，尚不能满足工作需要，迫使设计人员手工绘制部分构件，降低工作效率。为解决该问题，模型库的建立和相关功能的二次开发工作不可避免。
5）通过切图的方法将三维模型转换为二维图纸是三维协同设计工作中的重要环节，也是三维设计全面取代二维设计，应用于实际生产中的关键技术之一。该项技术在本项目的实施工程中，主要存在切图时间过于冗长和生成的二维图纸后期修改量过大这两个问题。
导致上述两个问题发生的主要原因是多方面造成的，包括设计人员的基础模型建立方法，Part属性设置、切图过程中切面放置的技巧以及软件自身的部分原因等。解决该问题需要设计人员通过工作实践，探索出最适宜的建模方法和Part属性设置并提高切图技巧、积累切图经验，同时软件也亟待对相关功能进行进一步的优化和升级。另外，三维设计的出图、组图方式，是否一定要与二维设计的表现形式完全相一致，这涉及到观念的转变和质量管理体系标准的建立。
结语
中水东北公司经过近几年的不断探索，对三维协同设计的基本工作流程和基本设计方法有了初步的掌握，通过若干工程项目的实践，也积累了一些经验，培养了一批能够适应三维协同设计工作环境的设计人员，但三维设计工作目前仍处在探索阶段，需要完善和提高的地方还有很多，更有一些重要问题需要解决，我们的主要精力放在了三维建模技术的学习和掌握，对三维设计技术的研究不足，三维设计校审工作没有及时跟进，仍然停留在二维图纸校审阶段，不能满足三维设计校审需要。这些问题制约了三维设计的发展，我们要统一认识，明确目标，克服困难，着力解决当前遇到的问题，加快三维设计推进速度，在技术上、体系上形成一套适用于中水东北公司情况的、基本成熟的、实用的解决方案及与之相关的管理体系，达到实用化要求。
作者简介：
金雨：（1981～）工程师，中水东北公司信息中心三维设计室设计人员。
冯林：（1962～）高级工程师，中水东北公司信息中心主任。
薛涛：（1971～）高级工程师，中水东北公司信息中心三维设计室主任。
张旭鹏：（1973～）工程师，中水东北公司信息中心三维设计室设计人员。
