水电站厂房三维数字化设计应用实践

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摘要：随着计算机技术的发展，三维数字化设计软件日趋成熟，并应用于工程设计领域。水电站厂房设计中涉及专业多，结构、设备布置过程复杂，为保证设计成果合理、最优，需要利用计算机技术与信息技术实现协同三维数字化设计。提出三维数字化设计在水电站厂房设计中的优势，并介绍了三维数字化设计在水电站厂房中的实践应用，并对三维数字化设计前景提出展望。

关键词：水电站；厂房；三维数字化设计；协同设计；标准化；流程；三维模型

中图分类号：TV222.2文献标志码：A

作者简介：胡正凯（1983—），男，中国电建集团华东勘测设计研究有限公司，工程师，本科，主要从事水电站厂房设计工作

1引言

工程设计领域经历了早期的手工绘图到计算机二维绘图，到如今三维数字化设计的应用。我院紧跟时代潮流，在水电行业内率先开展三维数字化设计探索与实践，2005年以来，宝泉、响水涧、仙游、洪屏、仙居、绩溪等抽水蓄能电站和锦屏、龙开口、苗尾、洪屏、长甸、白鹤滩等常规水电站厂房设计中相继应用三维数字化设计技术取得了丰硕的成果。目前，水电行业各大设计院已经开展三维数字化设计，也取得了一些成果。但是由于受硬件、软件以及观念、使用水平、设计流程制度等多方面的影响，三维设计技术水平和应用领域、范围和深度参差不齐，并与发达国家存在较大差距。通过总结我院这些年若干项目三维设计的经验，展示三维数字化设计技术在水电站厂房设计中的实际应用，提出三维设计应用的更高要求，让三维设计技术成为水电设计新发展的推动力。

2三维数字化设计的优势

随着计算机技术的发展，三维数字化设计正越来越受到人们的青睐，利用三维数字化技术进行工程设计不仅可以向人们展示直观的三维数字模型，还可以通过一系列的自动化手段将复杂的工作交由计算机完成提高设计效率。

2.1直观可视功能

人工手工绘图和计算机二维绘图往往只能表达平面布置及尺寸信息，对于复杂的建筑物，特别是水电站厂房内涉及的专业多、设备管路布置空间复杂，单纯依靠二维图纸来理解空间布置是非常困难的，也是不全面的。通过三维设计的空间模拟，可以很轻松的理解建筑物与设备之间的空间关系，无须通过若干张二维剖面图，在大脑中想象空间布置。通过直观可视的三维模型，最大限度的避免了二维思维的盲区，能够快速发现错、漏、碰问题。

2.2协同设计

在传统的二维图设计时，各相关专业之间无法自动协调，每张图纸之间也无法自动关联，相互独立。各专业设计成果无法适时共享，从而限制了设计效率和质量的提升。现场施工时，经常出现错、漏、碰的通病，造成工程建设的经济损失。三维数字化设计技术一个重要的理念就是“协同设计”。通过先进的计算机和信息技术，各专业之间可以适时动态协同，保证数据的一致性和适时更新。由于三维模型是根据实际工程进行准确三维模拟，各专业之间可以相互自由访问，在设计时能够像现实工程施工一样可视，提高了设计的质量，即时发现问题，即时避免错误发生。在水电站厂房设计中，涉及专业多，设备多，空间相对紧张。传统二维设计，相关专业相互之间可能存在认识和关注不足，会签也难免出现遗漏，往往到了现场施工时才会发现错漏碰缺等问题。而通过三维协同设计，则在设计的第一时间就可以发现问题，并能迅速交流沟通，有效解决问题。

2.3效率、成本要求

当前，随着社会发展迅速，工程项目的设计建造周期相比以前大大缩短。而传统的设计方法，靠人海战术，靠集中力量突击也由于人力资源的成本问题日益突出也显得不合时宜。三维设计只需要设计人员对某一个建筑物或设备完成建模，并通过几次协同配合、修改完善，最终形成最优方案固化后，可在后面的设计中一直重复利用，从而大大减少错误发生，减轻劳动强度，提高了生产效率。在三维模型完成后，利用已有的模型，设计人员可以直接形成平面、剖面二维图，而无须通过大脑构建三维空间关系，再绘制二维图。因为三维模型中带有相关属性，如重量、长度、面积等，软件可以自动提取该信息，自动生成材料统计表等。既缩短的设计周期还便于文件归档，同时利用三维模型实现现场即时解决问题。将大批设计人员从繁重的二维施工图制图中解放出来，同时减轻了施工现场的设计人员修改设计图纸压力，提高设计效率，降低生产成本。

3水电站厂房三维数字化设计实践

我院先后在十几个水电站厂房设计中应用三维数字化设计技术，并从中总结经验，为水电站厂房三维设计提供了宝贵经验。

3.1三维数字化设计流程

三维设计的流程与以往的二维设计流程相比，最大的优点在于其适时协同方面。我院采用ProjectWise协同设计平台。在ProjectWise平台建立项目文件夹和模型文件，根据需要设置不同的管理权限，主要有：只读、可写。在ProjectWise平台统一配置企业级和项目级的标准化文件，设计人员的所有操作均在ProjectWise平台上，保证模型的适时最新。通过制定三维设计使用手册，对具体的建模工作做了企业级标准化操作规定。水电站厂房涉及的专业较多，主要有：土建、电一、电二、水机、暖通、给排水等专业。三维设计中，首先初拟一个布置方案，由土建专业完成土建框架模型，主要有板梁柱结构、大体积混凝土结构等。其余专业在土建框架模型的基础上完成各自的设备模型，并将所有模型组装合成。通过三维设计软件的碰撞检查功能进行检查，若有碰撞，则相关专业进行修改模型。经过几轮碰撞检查，最后形成一个布置合理的总模型。各专业在总模型中利用软件的抽图功能，自动生成各专业的图纸和工程量。

3.2三维建模

一方面，各设计人员在建模过程中，参考应用相关专业的模型，即时发现错漏碰的问题，并协同改进；另一方面，在整个项目完成初步三维设计后，进行项目级的错、漏、碰检查和合理性检查。检查后的模型固化处理，所有人员无法修改该固化文件，只能在下一版中修改。在各设计阶段，经过多次检查和多版本三维模型固化工作最终形成可满足生成相应设计深度要求的三维模型。

3.3三维成果应用

在每一阶段性项目检查并完成三维建模后，项目所有设计人员需要对模型进行确认，避免错、漏、碰问题，优化设计。设计人员可以根据设计产品表达需要，利用三维模型形成图纸。图纸的表达型式主要有平面图、轴侧图。三维设计软件可以非常方便的抽取平面图和生成轴侧图，设计人员只需要人工添加尺寸和文字信息即可。因为三维模型是真实准确的，所以基本避免了错、漏、碰的问题，这样，由三维模型形成的二维图纸，可以减轻校核、审查人员的工作压力，大大节约了会签时间，缩短设计周期，极大的提升设计产品质量。通过三维设计，根据已有的三维模型，出图不局限于传统的二维图纸。传统的二维图只能表示平面布置，水电站厂房内管路、桥架纵横交错，仅仅通过二维图是不能完全表达清楚空间关系的。图3为副厂房空调机层的布置图，通过三维轴侧图，很直观的就可以展示出这些复杂对象直接的空间关系。这种图纸表达方式，大大提高阅图效率，减少施工识图难度。

4三维设计技术前景

通过三维数字化设计，水电站厂房设计的效率、质量得到很大的提高。以往设计人员大量精力放在施工图设计上，现在则重点转移到设计方案的不断优化上，由于工作效率、工作质量的全方位提高，设计人员可以承接更多的工程项目，为开拓新的市场提供人力资源基础。三维数字化设计技术不仅仅局限于设计阶段，随着工程公司EPC项目的发展，对三维设计提出了更高的要求，尤其在建造阶段。可以承担从设计到采购、施工和交钥匙全过程的工程总承包，更有效地进行工程进度、质量和成本的控制，为运行提供更好的生产准备条件和全生命周期管理手段。

5结语

水电站厂房设计目前正处于从二维向三维转变、计算机辅助绘图向计算机辅助设计转变，二维纸质化设计向三维数字化设计发展的变革时代。应掌握这些技术竞争力，积极进行技术创新，从而提高企业的核心竞争力，为实现从传统的设计咨询业务范围到现代化的工程公司过渡提供有力的技术保证。

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作者：胡正凯 单位：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司