[摘要] 三维协同设计在水利水电工程设计中的应用陈亚军何文波王浩民（黑龙江省水利水电勘测设计研究院哈尔滨 150080）摘要：工程勘测设计
三维协同设计在水利水电工程设计中的应用
陈亚军何文波王浩民
（黑龙江省水利水电勘测设计研究院哈尔滨 150080）
摘要：工程勘测设计是水利水电工程建设中的重要环节和依据,设计手段的变迁共经历了三个时代，即手工绘图时代-电脑绘图时代-三维协同设计时代，目前三维设计手段已经成为工程设计技术的发展方向与趋势。三维协同设计之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的平面二维设计所无法比拟的优越性，本文论述了三维协同设计与二维设计的强大优势，并把三维协同设计手段运用到实际水利水电工程设计中。
关键词:三维协同设计；水利水电；Bentley
中图分类号：文献标识码：A文章编号：
1 引言
随着计算机及信息技术的迅速发展和日趋完善，三维技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等行业得到了广泛的应用，但在水利水电行业却鲜有涉及。为了全面提高水利水电工程设计质量、效率和水平,优化设计流程,提高设计信息的共享与复用性，适应水利行业信息化、数字化发展趋势的客观需要，满足客户或业主对设计成果可视化、直观化的基本要求，提高勘测设计市场的综合竞争力，黑龙江省水利水电勘测设计研究院引进国际上先进的BENTLEY三维设计软件平台，在消化吸收的基础上，结合水利水电工程的特点，深入研究了三维设计的方法和工作模式，初步掌握了该平台在水利水电工程设计中的应用方法，积累了应用经验。
2 三维协同设计的优势
三维协同设计之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的平面二维设计所无法比拟的优越性。其主要作用是使参与项目的各专业相互交流、相互沟通、相互协调，以最大程度将设计中因为协调不畅而产生的问题最小化和最少化，大大提高设计团队的效率和设计产品的质量。
表-1对二维、三维设计从性能、效率等诸多方面进行了比较，三维设计显示了其对结构描述更真实、更准确、更全面的强大优势，克服了二维设计中可想而不可见的缺点，是技术进步的必然趋势。笔者认为“三维设计”是设计的终极手段。
表-1 二维设计与三维设计的比较
项目
二维
三维设计
概念
思维过程
经过了由“三维-二维”，再由“二维-三维”的两个思维过程
直接从三维-三维的设计与生产过程，简化了设计与生产过程中的绘图与读图过程，节约生产成本
CAD/CAE/CAM一体化
无法实行CAD/CAE/CAM
一体化
能够方便实现CAD/CAE/CAM一体化
设计
设计效率
无法保证生产周期
快速捕获设计意图，方案比较快速，加快产品设计
生产过程
不能有效的进行错误检查
减少设计出错的可能性；错、漏、碰撞现象减少
设计修改
变更设计困难，不利于修改
方便设计修改，提高设计质量
设计流程
（协同效果）
设计流程是线性的，串行的，一个部门的改动会牵动其它部门的改动，只有等所有部门的改动都提交了，才能完成最后设计。
设计流程是交互式的，并行的，一个部门的改动会导致最终成果的自动更新，其数据和设计成果是实时共享，自动更新的，非常高效快捷
成果
可视性能
平面性、间接性。借助平面的视图、投影等关系来反映建筑物的外形及结构
立体性、直接性。借助三维立体真实造型来反映建筑物的外形和结构（所见即所得）
图纸
无法得到三维轴测图，
开挖图等
更好的三维可视性，能够直接从三维模型得到二维图纸
其他
经济性
二维软件价格便宜经济
软件价格较贵、
硬件配置要求较高
附加值
有限
对三维实体模型进行深层次开发，为工程运行、管理、维修等方面提供数字化移交及延伸服务。
人才培
养速度
需通过大量工程经验积累，成长周期较长
无需大量工程经验，通过三维实体模型建立，就可快速掌握专业技能，成长周期短
专业技
术能力
工程整体感差，专业理论与实践结合不好
工程整体感好，理论与实践水平通过三维模拟得以进一步提高
（4）提高设计产品质量
三维设计更加精确：①带信息的三维模型，其数据是唯一性的，具有复用性②工程量统计相当精准③利用三维模型可提高设计的合理性，优化设计④通过碰撞检查和模型校验，可减少结构内部布置的错、漏、碰现象。
（5）实现可视化校审
可视化校审可大幅减少会审时间，通过自动化批注跟踪管理，提高校审效率、减少校审工作量；提高校审意见的管理水平，减少错误遗漏。
3 设计实施方案
高效协同是需要标准化对其进行保障的，在复杂条件下的多专业三维协同尤其是如此。在标准化的前提下，专业间资料互提的数据接口问题以及数据的重复利用问题均可以得到很好的解决。利用Bentley三维协同设计解决方案标准化布署容易的特点，可根据三维设计技术标准，建立三维设计标准资源文件包（包含种子文件、字体、图层、线型、标准配置文件、各种模板、模型划分、ProjectWise上组织结构、人员权限等内容），建立标准化三维环境，即标准化Worksapce。
在设计项目开始前，在标准工作环境的基础上，建立项目统一坐标系统、项目标准库，并将此信息通知相关参与专业。
同时，项目开始前，在标准工作环境下进行任务分解，将任务分派至专业或个人。若有必要可结合项目的文件命名规则在ProjectWise环境中将分解后的任务直接建立对应的设计文件。设计人员在工作中只需打开文件即可，无需再自行创建文件。利用ProjectWise独特的文件名与文件说明的替代显示技术，可以保障既能让设计人员看到熟悉的、可读的中英文文件名，又可在后台实现符合编码规则的文件存储名。各专业在标准环境下进行个专业三维协同设计，各专业可根据权限调用、查看相关专业的设计资料。各相关专业完成设计后（或设计的节点阶段），进行模型的总装和综合检查，如有问题则反馈信息至相关专业进行修改，然后再次进行综合检查，直至没有问题检出。对确认无误地综合模型进行固化，以此为基础进行二维图纸的抽取和工程数量的统计。工作流程见下图。
4 实际应用
2011年底龙江院把三维设计协同设计手段应用到实际工程，以穆棱市奋斗水库为依托，以Bentley软件为平台，实现了设计手段的全新突破。
奋斗水库是中国黑龙江省十二五规划重点推荐项目，奋斗水库具有以城镇供水为主，结合防洪，兼顾灌溉和发电等综合利用任务，是黑龙江新能源和可再生能源产业重点项目。
龙江院“奋斗水库设计团队”基于Bentley产品，借助PW协同可控的三维环境进行工程模型集成。
表-2列出了奋斗水库工程设计相关主要专业应用的软件模块。
表-2工程设计相关主要专业及应用软件模块对应表
序号
专业名称
应用软件
作用
1
测量
GEOPAK
建立数字流域模型
2
地质
GeoEngine
进行地质专业的数据处理与分析，其数据能够直接导入GEOPAK中供后续专业使用。
3
水工
MicroStation
Bentley Architecture
建立整个水库库区的全三维模型、建立各类坝型的三维实体模型及其开挖分析、建立各种溢洪道模型及其开挖分析、建立各种隧洞模型及其开挖分析、建立各种调压井模型及其开挖、建立各种闸门模型、建立各种启闭机房模型及其开挖分析、建立各种泄洪洞、孔以及渠道模型及其开挖分析、建立各种钢管模型及其开挖。
通过Bentley Navigator还能够将上述模型附加上必要的水力相关的各类属性信息，以供实时查询和漫游。
4
厂房
MicroStation
Bentley Architecture
Bentley Structural
通过Bentley建筑系列解决方案能够方便的建立各类厂房模型
Bentley Architecture – 建筑专用设计模块。
Bentley Structure – 建筑结构设计模块
5
电气
Promise-E
Bentley Substation
建立各种电器设备及其连接、装配的模型（一次、二次）
6
水力机械
Bentley Piping
MicroStation
建立水力机械主辅机模型
7
金属结构
MicroStation
UG
建立各种金属结构模型
8
给排水
Hammer
进行水锤分析
9
协同设计
ProjectWise
提供协同环境，实现多专业协同作业
10
漫游渲染动画
MicroStation
Navigator
可以通过MicroStation实现渲染和动画的制作，使用Navigator能够实现模型的漫游和属性的查询
