三維協(xié)同設(shè)計(jì)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃宏亮

摘 要 在我國，水利水電工程屬于規(guī)模較大、難度較強(qiáng)、高新技術(shù)應(yīng)用率較高的大規(guī)模工程。水里水電工程在進(jìn)行開發(fā)和實(shí)施過程中，最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的部分，就是對工程施工的設(shè)計(jì)，而水利水電工程的設(shè)計(jì)，則需要考慮多種因素，需要多領(lǐng)域多專業(yè)的配合才能做到的。因此，水利水電工程的設(shè)計(jì)要求精確迅速，以達(dá)到誤差少，節(jié)省資源等目的。近年來，水利水電工程設(shè)計(jì)研發(fā)出三維設(shè)計(jì)軟件并得以應(yīng)用，三維設(shè)計(jì)軟件從一定程度上提升了工程設(shè)計(jì)的效率和效果，特別是三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 三維協(xié)同設(shè)計(jì) 水利水電工程 應(yīng)用研究

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.06.016

Application of 3D Collaborative Design in Water Resources

and Hydropower Engineering Design

HUANG Hongliang

（Changjiang Institute of Technology， Wuhan， Hubei 430212）

Abstract In China， water conservancy and hydropower project belongs to the larger， more difficult is strong， high utilization rate of large-scale high-tech engineering. Water and hydropower projects dealing with the development and implementation process， the most basic and critical part is the design of the project construction， and water conservancy and hydropower engineering design， you need to consider a variety of factors， the need of multi-disciplinary cooperation in various fields in order to achieve a. Therefore， water conservancy and hydropower engineering design requirements accurately and quickly， in order to achieve less errors and saving resources. In recent years， water conservancy and hydropower engineering design and development of three-dimensional design software and to apply， three-dimensional design software to some extent， enhance the efficiency and effectiveness of project design， especially three-dimensional collaborative design.

Key words 3D collaborative design; water resources and hydropower; application research

水利水電工程的設(shè)計(jì)，是水利水電工程建設(shè)的重要依據(jù)。在水利水電工程設(shè)計(jì)的發(fā)展中，主要經(jīng)歷了三個(gè)較為具有代表性的階段，分別是手工繪圖階段、電腦繪圖階段以及三維設(shè)計(jì)階段。目前國內(nèi)最為尖端的技術(shù)，就是三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)是由三維CAD技術(shù)演進(jìn)而來的，并在三維CAD技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了多領(lǐng)域協(xié)同的可能，具有許多CAD技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，業(yè)已成為當(dāng)前水利水電工程設(shè)計(jì)的發(fā)展主流趨勢。本文主要通過研究三維協(xié)同設(shè)計(jì)的概念、應(yīng)用價(jià)值、發(fā)展現(xiàn)狀以及軟件的分析和應(yīng)用，分析三維協(xié)同設(shè)計(jì)的發(fā)展前景。

1 三維協(xié)同設(shè)計(jì)的概念

三維協(xié)同設(shè)計(jì)是一種能夠?qū)⒏黝I(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行同平臺工作的協(xié)作型設(shè)計(jì)軟件，也就是說，三維協(xié)同設(shè)計(jì)也可以被稱為是三維模型設(shè)計(jì)的協(xié)同效應(yīng)。這種設(shè)計(jì)工作方法，能夠?qū)⒏鞣N不同領(lǐng)域的工作人員的工作變得精準(zhǔn)化和可視化。并且能夠有效的提高水利水電工程設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。當(dāng)代水利水電工程建設(shè)中，工程復(fù)雜性越來越高，工程的規(guī)模越來越大，而三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)能夠充分滿足當(dāng)前越來越高的設(shè)計(jì)要求，對設(shè)計(jì)過程中的多角度多領(lǐng)域的平衡能力也越來越高，使得三維協(xié)同設(shè)計(jì)在產(chǎn)生和發(fā)展之余，成為水利水電工程的熱門技術(shù)。在水利水電工程的設(shè)計(jì)發(fā)展中，另一項(xiàng)廣受關(guān)注的設(shè)計(jì)要求，就是環(huán)保節(jié)約的要求，而在水利水電工程的建設(shè)中，做到“投資省、耗能低、環(huán)保好”，也是當(dāng)代水利水電工程設(shè)計(jì)中廣受重視的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)之一。這些要求，都能通過三維協(xié)同技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，三維協(xié)同技術(shù)能夠極大的減少水利水電工程設(shè)計(jì)過程中的人才和物料的浪費(fèi)，并且能夠通過虛擬模擬，極大地減少了水利水電工程建設(shè)施工中出現(xiàn)的問題，對水利水電工程的施工具有非常重要的指導(dǎo)作用。

2 三維協(xié)同設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值

三維協(xié)同設(shè)計(jì)在應(yīng)用中，具有二維和三維CAD設(shè)計(jì)無法比擬的優(yōu)勢，主要有設(shè)計(jì)形象、設(shè)計(jì)中空間布局設(shè)計(jì)率、設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性以及校審便捷性等五大特點(diǎn)。

2.1 設(shè)計(jì)形象的優(yōu)勢

三維協(xié)同設(shè)計(jì)的一個(gè)最直觀的優(yōu)勢，就是能形成虛擬的三維模型，并且能夠通過這種三維模型，模擬出水利水電工程建設(shè)的建設(shè)過程，通過對這種建設(shè)過程的模擬，找到建設(shè)過程中容易出現(xiàn)或可能出現(xiàn)的誤算，并將設(shè)計(jì)中不協(xié)調(diào)的問題查找出來進(jìn)行修改，并且可以將所做的工程設(shè)計(jì)直觀地播放給審查和各級領(lǐng)導(dǎo)觀看，能夠直觀地表現(xiàn)出水利水電工程設(shè)計(jì)的效果，具有非常明顯的形象優(yōu)勢。

2.2 空間優(yōu)勢

空間優(yōu)勢是指，三維寫作能夠通過空間建模，實(shí)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的空間布置設(shè)計(jì)，通過對水利水電工程進(jìn)行空間布置設(shè)計(jì)，能夠最大程度地提高了二維設(shè)計(jì)技術(shù)中無法做到的對空間布置設(shè)計(jì)的把握，進(jìn)而解決了二維技術(shù)下，空間布置的缺陷，使水利水電工程的空間布置更為直觀和合理。減少水利水電工程施工建設(shè)過程中的問題。

2.3 提高水利水電工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率

水利水電工程的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常耗時(shí)的，且需要多領(lǐng)域技術(shù)人員合作的項(xiàng)目，因此，在設(shè)計(jì)過程中，講究團(tuán)隊(duì)的協(xié)作和效率的提升，因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)的協(xié)作和效率是水利水電工程設(shè)計(jì)時(shí)間短、效果好的基本保證。通過三維協(xié)同技術(shù)，能夠使同一平臺上對不同領(lǐng)域的技術(shù)人員做到專業(yè)配合，避免了傳統(tǒng)二維或三維CAD設(shè)計(jì)當(dāng)中需要各技術(shù)人員分別設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行修改和協(xié)商的問題。減少了設(shè)計(jì)稿件和設(shè)計(jì)模型的修改時(shí)間，保證了水利水電工程設(shè)計(jì)中的效率。

2.4 提高了設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量

三維協(xié)同技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中，能夠有效提升設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。這是由于三維協(xié)同技術(shù)在水利水電工程的設(shè)計(jì)過程中，能夠在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)出三維模型，這些模型中的數(shù)據(jù)就是實(shí)際建設(shè)中的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)是唯一的并且能重復(fù)使用的。技術(shù)人員可以根據(jù)模型中的數(shù)據(jù)對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，并且能夠做到修改過程中的數(shù)據(jù)十分精確。減少了設(shè)計(jì)方案的確定和修改過程中的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題。

2.5 減少了校審時(shí)間

傳統(tǒng)的二維或三維CAD設(shè)計(jì)技術(shù)，需要對圖紙和設(shè)計(jì)方案進(jìn)行大量時(shí)間的校審，校審程序較為復(fù)雜，校審期間可能由于工作人員的疏忽，需要進(jìn)行多次校審，出現(xiàn)錯(cuò)漏的幾率較大，而通過三維協(xié)同技術(shù)，能夠在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行可視化校審，通過這種可視化校審，能夠自動(dòng)批注和跟蹤管理，減少校審的步驟和次數(shù)，將校審時(shí)間大大縮短，并且提高了校審期間錯(cuò)誤檢出率。

3 三維協(xié)同設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)，作為一種高新水利水電工程設(shè)計(jì)技術(shù)，在我國的市場中具有非常好的發(fā)展前景，并且這種技術(shù)，已經(jīng)率先在機(jī)械、電子、石油、電力甚至是航天領(lǐng)域中應(yīng)用，并起到了非常關(guān)鍵的作用，提升了上述領(lǐng)域中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和使用體驗(yàn)，而在水利水電工程設(shè)計(jì)中，三維協(xié)同技術(shù)從2003年期就已經(jīng)開始研究，受到當(dāng)時(shí)許多先進(jìn)的研究單位的重視和研究，并于5年后在業(yè)界小范圍的應(yīng)用，主要在我國的各個(gè)省份的樞紐建設(shè)中起到了關(guān)鍵的作用，也使業(yè)界看到三維協(xié)同技術(shù)的優(yōu)勢。三維協(xié)同技術(shù)在水利水電工程的建設(shè)和設(shè)計(jì)中，能夠直觀地將設(shè)計(jì)的理念和結(jié)果通過計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出來，更加符合人類的思維方式和思維習(xí)慣，將二維設(shè)計(jì)技術(shù)中，需要技術(shù)人員將二維的設(shè)計(jì)內(nèi)容轉(zhuǎn)為三維的設(shè)計(jì)內(nèi)容的步驟，減少了由于認(rèn)知問題所出現(xiàn)的錯(cuò)誤和誤差。從而減少了設(shè)計(jì)的修改和變化次數(shù)，提高了設(shè)計(jì)的效率。

但現(xiàn)如今，我國國內(nèi)并沒有大面積地推廣和應(yīng)用三維協(xié)同技術(shù)，這是由于我國國內(nèi)應(yīng)用于三維協(xié)同技術(shù)的計(jì)算機(jī)平臺較少，需要依托于其他國家的計(jì)算機(jī)應(yīng)用平臺，才能夠使用和進(jìn)行水利水電工程的三維協(xié)同技術(shù)的設(shè)計(jì)。并且三維協(xié)同技術(shù)的費(fèi)用較高，許多省市三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用和二次開發(fā)力度不夠，開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和使用經(jīng)驗(yàn)貧乏，無法大范圍推廣使用三維協(xié)同技術(shù)，為三維協(xié)同技術(shù)的開發(fā)和使用帶來了一定的阻礙。我國的三維協(xié)同技術(shù)存在一定的廣闊空間，但目前的技術(shù)發(fā)展不成熟，發(fā)展速度較為緩慢。

4 三維協(xié)同設(shè)計(jì)的軟件使用優(yōu)勢

目前在我國應(yīng)用較多的三維協(xié)同設(shè)計(jì)軟件為Microstation Bentley系列軟件，下面主要分析Microstation Bentley軟件在三維系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的使用優(yōu)勢。

4.1 Microstation Bentley軟件在工作效率提升中的優(yōu)勢

Microstation Bentley 軟件，是三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)使用中較為常用的一種軟件，設(shè)計(jì)人員能夠在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，將該項(xiàng)目的各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)需求和設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行文件建立，并分別將各個(gè)文件建立在Microstation Bentley 軟件中，以種子文件的形式表達(dá)出來，這種方式能夠使各領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)人員通過找到自己的子文件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，并且文件在進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改后能夠保存在Microstation Bentley 軟件中，無需設(shè)計(jì)人員自己單獨(dú)創(chuàng)建文件進(jìn)行保存，且在同一平臺中的各位工程設(shè)計(jì)人員可以進(jìn)行溝通和分析，將設(shè)計(jì)中所遇到的問題進(jìn)行及時(shí)的修改，也使得工程設(shè)計(jì)的團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)效率得到非常大的提高。

4.2 Microstation Bentley系列軟件具有非常精準(zhǔn)的工程量計(jì)算結(jié)果

Microstation Bentley 軟件的另一大優(yōu)勢，就是能夠非常精準(zhǔn)地計(jì)算出工程計(jì)量的結(jié)果和數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員在使用二維技術(shù)或三維CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行人工手動(dòng)計(jì)算各部分的數(shù)據(jù)和結(jié)果，人工計(jì)算的數(shù)據(jù)結(jié)果無法做到100%準(zhǔn)確，不可避免地會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤和漏洞。但通過Microstation Bentley 軟件進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員能夠通過該軟件對設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的不同的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行精準(zhǔn)的區(qū)分和計(jì)算，保證了工程量計(jì)算的零失誤。設(shè)計(jì)人員的主要工作就是將工程所需的材料和數(shù)據(jù)進(jìn)行不同屬性模塊的定義，就可以達(dá)到零失誤的目的。

4.3 Microstation Bentley系列軟件的建模形象直觀

水利水電工程在設(shè)計(jì)完成后，需要向業(yè)主方進(jìn)行設(shè)計(jì)理念和方案的匯報(bào)，傳統(tǒng)的二維技術(shù)或三維CAD技術(shù)，無法做到對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行三維立體和動(dòng)態(tài)的建模，設(shè)計(jì)人員只能通過書面文字形式或者是通過手工制作模型的形式進(jìn)行匯報(bào)，書面文字形式的匯報(bào)方法缺乏主觀感受，而手工制作模型又無法動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)出設(shè)計(jì)的成果和理念。因此，這兩種方法在設(shè)計(jì)結(jié)果的匯報(bào)上都給設(shè)計(jì)人員帶來了很大的不便。通過Microstation Bentley 軟件，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)結(jié)果通過三維模型的方式進(jìn)行展示，而設(shè)計(jì)成果能夠通過渲染、動(dòng)畫、配音等方式，對水利水電工程建設(shè)后的使用做出模擬。保證了業(yè)主方在聽取匯報(bào)時(shí)的感官感受，大大提高了設(shè)計(jì)方案的回報(bào)效果，有效提高了業(yè)主方的滿意程度。

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