2022年：三維協同設計全面應用時代來臨
——對話中鋁國際工程股份有限公司副總裁劉勁波

當電影《阿凡達》席卷各大影院之后，3D猶如一股強勁旋風，頗有開創電影制作新技術之勢。風頭正勁的3D打印技術，正如蘋果公司改變數字音樂播放器和智能手機行業的游戲規則那樣，也正在改變著人們對打印的認識。同樣地，3D也在勘察設計與工程建設領域掀起了風暴。每一個基礎設施項目的成功都始于設計，只有精確設計，最后才能實現精確建造和高效運營。當下，二維設計時代正在向數字化、可視化、精細化、智能化的三維協同設計時代過渡。

所謂三維協同設計是以三維數字技術為基礎，以三維CAD設計軟件為載體，不同專業人員組成的設計團隊，為了實現或完成一個共同的設計目標或項目在一起開展工作，是一個知識共享和集成的過程，共同設計某一目標的專業人員能夠共享數據、信息和知識。

借助三維協同設計 提升效益

市場形勢的變化在驅動著中國勘測設計與工程建設單位的轉型，從致力設計與建設業務到轉向總承包商，從片面追求速度到提升效率，從專注國內市場走向拓展國際市場，從提供實物基礎設施到建造數字化智能基礎設施。以中鋁國際工程股份有限公司（以下簡稱中鋁國際）為例，中鋁國際作為一家集技術研發、工程建設、測繪勘察、裝備制造于一體的高新技術企業，主要從事工程設計與咨詢、工程建設和總承包以及裝備制造業務，也面臨著三維協同設計帶來的機會與挑戰。

中鋁國際工程股份有限公司副總裁劉勁波認為，在中鋁國際走向國際化工程公司的道路上，使用三維協同設計可以加強勘測設計院和工程公司的業務競爭力，幫助企業拿到項目、做好項目、提升效益，這對于國際業務更為顯著。劉勁波對記者說：“承攬工程項目，理想的狀態是多報價。但在現在競爭日益激烈的市場環境中，贏家往往是報價合理的一方。企業領導就會要求項目團隊把成本核算做到精確化和精細化。以前使用CAD，工程量靠人工統計，報價心里沒譜。借助三維協同設計，可以精確地計算工程量和所需材料，在投標的時候，可以報出合理的價格。”

作為總承包商，精確的工程量和材料計算還可以幫助節約成本。例如電纜統計，用人工估算可能為20米，借助三維協同設計技術的模型自動統計計算出是21.2米，而在一個大項目中，差之毫厘，費之千米。使用三維協同設計技術不僅解決設計碰撞檢查、材料計算、建設效率等問題，還可直接幫助項目的交付、運維以及全生命周期管理。“在八十年代和九十年代，中鋁國際的設計院組建設計隊提供現場支持，需要配備各個專業的人員，如果每個專業需要兩三個人，一個典型的設計隊二十人很正常。如今采用了三維協同設計，派遣三五個人即可。三維協同設計的模型交付也對建設大有助益。例如在巴西承接一個鋼鐵項目，無論是一個高爐或者是一個復雜的設備安裝，把一個三維模型直接交付甲方，甲方就能非常直觀地了解先安哪個軸承、哪顆螺絲，這樣會節省很多的人力成本和差旅成本。不僅如此，將來工廠建成，業主不用擔心設計院的專家走了，借助三維模型運維非常便利。”劉勁波介紹到。

工程設計的大型化、多專業配合，帶來了三維協同設計的市場需求。三維協同設計準確地說應該是三維模型設計的協同效應；三維模型為設計的可視化、精準性提供基礎平臺，而協同效應則帶來高效率、高質量。三維協同設計的出現為工程設計尤其是數字化工廠設計帶來了新的設計方法和手段，對實現建筑的智能化也提供了基礎條件。

業內人士認為，三維設計對于基礎設施設計與建設單位主要有四大價值。首先，三維協同設計可實現精細化設計，提升設計效果，避免出現碰撞等問題。其次，它可實現不同專業間的協同設計，避免施工階段不必要的返工和建筑材料等資源的浪費。第三，三維協同設計還可實現數字化移交，為業主提供專業的基礎設施信息模型，并為完整的數字化施工、資產管理平臺提供工程信息主體內容。第四，可以對建筑工程進行舒適性能、安全性能、環境性能、經濟分析和造價控制等多維度的性能化模擬分析，讓基礎設施和城市更智慧。

為助力工業化，中鋁國際如今已經搭建了包括三維協同設計平臺在內的四個信息化平臺。其中兩個平臺是服務于生產，兩個服務于管理。三維設計和項目管理是生產服務平臺，辦公系統和財務系統是管理服務平臺。其中沈陽鋁鎂和貴陽鋁鎂早在2007年就采用了三維協同設計技術。

2022：三維協同設計 從伴奏變成主旋律

三維協同設計已經成為工程設計的趨勢，但相對其他行業，三維協同設計與冶金業尤其是有色行業的相遇顯得晚了一些，這一遲到的“相遇”，和有色業的歷史發展過程不無關系。不同于鋼鐵和石化行業的技術引進和國際化進程，有色業更多是靠自我發展成長的。而對于協同設計來說有兩個維度，一個是各個專業之間的協同，一個是全生命周期管理的協同。

冶金項目里有建筑、結構、管道、水暖、電氣等多個專業，各個專業的模型建在一個大家能夠共同看見的文件里。這就好比要將一個設備管道放到房間里，房間要做到小區里，小區得放在地球上，能否實現取決于各個專業之間的協同。在這個方向，分兩種情況，一種是緊密協同，一種是不緊密協同。不緊密協同就是各做各的，最后將它們物理的放在一起，這樣的協同是松散的。另一種是緊密協同，如同聯機打游戲的道理，做建筑的，用建筑軟件，做空調的，用空調軟件，做管道的，用管道軟件，這幾個軟件像聯機打游戲一樣在同一個平臺下實時密切配合作戰。

另一個維度涉及到全生命周期管理。從設計到施工、運維，在這個時間線上，大家用的軟件不一樣，做設計用的是A軟件，施工管理用的是B軟件，那么你的設計，能否在施工的時候接著用？施工用的東西，能否最后做運營管理的時候用？在生命周期上，這個數據能不能從頭走到尾？如果一個數據能夠從頭走到尾，不在任何一個階段重新做重復的事，那就既節省成本，又方便大家。

對于三維協同設計在中鋁國際及中國冶金行業的普及，劉勁波展望到：“從2012年起算，我預測得10年時間。2022年，三維協同設計能成為主流。”

工程設計，經歷了從圖紙走向電子化、從二維走向三維的歷程。實際上，二維的普及得益于計算機的推廣。劉勁波當年所在的洛陽有色金屬加工設計研究院，在93年時，每百人有4臺計算機；94年時每百有人9臺計算機，缺少計算機阻礙了二維設計在洛陽院的發展。95年為了迅速普及電腦繪圖，洛陽院執行了一個“三年計劃”，個人出三分之一的錢，單位出三分之二，三年后電腦歸個人所有。隨著電腦的普及，大家的積極性被調動起來，從而推動了電腦繪圖以及二維設計的普及。

劉勁波對記者說：“三維協同設計是時代潮流，晚用不如早用。觀念的變化是最重要的，作為管理者，我們要從上到下推進這個事。”引進軟件不僅要帶來技術的變化，也要帶來管理的變化，管理攸關成敗，所以，推廣三維協同設計，企業需要建設一套管理體系以適應技術的進步。

目前，中鋁國際采取了激勵與考核相結合的措施，推出了“三二一激勵計劃”，就是使用三維設計今年獎勵三，明年獎勵二，后年獎勵一，大后年沒有了，三年以后40歲以下的設計人員都要能熟練使用三維協同設計。例如，中鋁國際下屬的沈陽鋁鎂規定，設計人員每出一張三維甲一圖獎勵100元。與此同時，在年度業務考核中，三維設計占比約10%，也凸顯了三維設計的重要性和緊迫性。

標準的統一 協同的基礎

在過去的三十年，中國的基礎設施領域不斷創造和見證著“中國速度”的奇跡，工程項目進度緊，周期短，三邊項目（邊勘察、邊設計、邊施工）現象普遍，企業擔心全員使用三維協同設計會影響項目的進度。因此，觀念的改變也是制約三維設計發展的一個因素。二維設計和三維設計在整個設計流程、設計方法、設計理念都是一個全新的革新。在這個過程當中，要改變設計人員的設計理念、設計習慣是最難的。國內的設計人員非常強調個性化，這是難以協同的一個大障礙。

同時，三維協同設計也是一個團隊配合、合作的設計方法，因此，最重要的就是遵守設計標準、制度和流程。如果大家都按照同樣的規則做，效率就一定會高。因為只有標準化做好，企業才能做到規模化，才能提高整個設計的效率。

冶金行業的建設涉及到多專業的協同，行業的標準化也是一個亟待統一的問題。從軟件應用來說，編碼不統一，協同就通不了。實現各專業的統一標準，工程數據才能夠在各專業間通用，也才有可能實現工程項目全生命周期管理。

關于標準問題，劉勁波認為，國家統一強制性標準的制定都是以設計院從下往上來的，達到一定層次了才能上升為國家標準。三維協同設計要更好地實現協同并為全生命周期服務，還需要勘測設計院積極探索與推進。

應用三維協同設計技術不僅解決設計碰撞檢查、材料計算、建設效率等問題，還可直接幫助項目的交付、運維以及全生命周期管理。在設計階段利用三維信息建模實現精準模擬；設計和施工階段通過工作共享、內容重復利用和動態反饋有效降低項目風險，提高項目效率；運維階段讓業主擁有精確的數字資產和運營信息平臺。當然，在各專業的軟件間實現這樣的協同是件非常美好而不易的事情，對于三維協同設計的未來，劉勁波寄希望與年輕人，讓數據真的流動起來。