三維設計推進中的政治經濟學

文｜華躍

二維設計是按照一定的規則約定，通過對實體的簡化表達，來溝通設計人、審核人、施工人間的信息，而三維設計是各角色間直接用三維影像進行溝通。這樣就需要新的規則約定，來實現三維設計工作內容、表達方式的三維化轉變。

三維設計，特別是工廠三維設計在工程設計行業已經推進多年，但實際效果并不如人意，特別是當今BIM技術的發展，對工程設計單位應用新技術的要求進一步提高，從提升設計技術水平問題上升到了提高工程整體效益問題。找出更好、更有效的推進途經顯得迫在眉睫，從而最終為工程設計行業更順利的推進相關技術提供另一種思路。

寶鋼工程技術集團有限公司（以下簡稱“寶鋼工程”）是寶鋼集團的全資子公司。2006年初，為了提高工程設計質量，寶鋼工程經過嚴格選型，在多個工廠設計軟件中選擇了Bentley 的工廠系列軟件，并在多項工程上推廣應用，取得了明顯效益。但在推進過程中，也遇到了很多阻力，有了很多體會。經過深入分析，認識到了問題的根源，進而為后續推進策略的改進提供了重要幫助。

三維設計推進面臨的問題

就像大多數公司一樣，在三維設計，特別是三維工廠設計的推進過程中，對使用軟件設計人員和資金的投入均遇到了瓶頸，很少有單位能實現真正意義上的三維設計。此時大家會找出各種原因來解釋發生的問題。如：軟件學習掌握難度大、設計效率低、專業間不容易配合、出圖可能不滿足要求、領導不重視、獎勵措施不到位等等。

但經過深入分析，寶鋼工程認為上述原因只是表象，那么什么是根本原因呢？實際上，可以借助政治經濟學中“生產關系和生產力”間的關系來解釋目前行業所遇到的問題。在政治經濟學中明確兩者關系為：“生產力包括勞動者、勞動資料、勞動對象三要素；而生產關系是人們在物質資料生產過程中所結成的社會關系。當生產關系與生產力相適應的時候，生產力能夠較快地發展。當生產關系與生產力不適應，而又不調整或無法調整生產關系的時候，生產力只能緩慢發展，甚至停滯不前或后退，體現為生產關系對生產力的阻礙作用”。

借此，把三維設計軟件、三維設計工程師以及三維設計產品三要素看做生產力（或叫設計力）。眾所周知，三維設計相對二維設計而言，其模型的直觀性、通過模型的多專業整合、自動碰撞檢測、精確材料統計等等顯而易見，一定是更先進生產力。為此，企業可以購買最好的軟件，對使用人進行最好的培訓，但是真正操作起來還是存在很多困難，使用人員會覺得工作量增大，改變了原有的工作方式，從而造成相關人員的積極性都不高。而這其中的原因就在生產關系不適合生產力，或叫設計關系不適合設計力。因為已經長期形成了二維的設計環境，與三維設計要求的環境差別很大，即設計關系差別很大。這就如同生產關系與生產力間要相匹配一樣，三維設計關系也需與三維設計力相匹配。

當引進一臺設備后，可能會使生產效率提高，也可能增加更多功能，一臺設備頂多臺設備等等。那么對這臺設備的操作團隊、分工、技能、原料要求、產品輸出及包裝、物料存放、與生產線上的其他設備間的分工合作界面以及加工過程中的管理等等生產關系也必須做出調整，如果沿用老的生產關系，其結果也就可想而知。當企業引進一個軟件或系統時，就是引進了一臺生產設備，這臺設備在整體的生產環境中要發輝出價值，同樣必須理清各種設計關系。

梳理設計關系

工程設計從前期方案、設計到后續實施要涉及到方方面面，存在著多方面的設計關系，例如，設計人間關系，包括設計團隊組成、設計人間溝通、設計審核、設計變更；專業之間關系，包括設計基礎資料準備、提資、專業協同、專業分工界面、會審會簽；軟件之間關系，包括不同的軟件平臺、軟件間接口、格式間轉換；工作環境關系，包括軟件配置環境、對圖面表達元素的共識、數據存放位置、溝通傳遞手段；圖紙表達關系，包括模型直接表達，轉化為圖紙表達、符號化表達；二維、三維、信息間關系，包括已有設計圖紙利用、設計模型到出圖、模型圖紙信息關聯；檔案利用關系，包括管理模型和圖紙的目的、歸檔操作、檔案文件形式、模型歸檔分類和級別、檔案利用方法、模型信息安全級別、檔案數據的消息關聯。二維和三維的設計關系具體差異點見表1。

對上述二維設計與三維設計的差異點進一步分析可以發現，二維設計是按照一定的規則約定，通過對實體的簡化表達，來溝通設計人、審核人、施工人間的信息，這些信息在各個角色的大腦中還是被翻譯為三維影像，翻譯的效率和質量取決于讀圖人的解圖能力。

而三維設計是各角色間直接用三維影像進行溝通。這樣二維設計圖紙可以簡化到一根線可以代表一根管道或一堵墻，而三維設計拒絕簡化，在三維模型抽取的圖紙上是管道和墻體的真實投影，部分可以簡化為線條或符號。

這樣就需要新的規則約定，來實現三維設計工作內容、表達方式的三維化轉變。

二維設計是在個人計算機屏幕上畫圖，要實現多專業在一個二維畫面中進行疊加表達是很困難的。專業間的關系只能通過互提資料和會審會簽的串行工作流程間接實現。而三維設計時，多專業可以在一個統一環境下建模，數據存放在服務器，彼此可以動態地看到對方的設計內容，從而實現在模型級、隨時隨地的多專業協同設計。

這樣就需要有統一的設計環境、網絡化數據管理環境，建立三維設計下的提資關系和會審會簽關系，也就是協同設計關系。

二維設計下，圖紙上主要表達的是本專業的信息，其他專業的信息不超過1%。而三維設計下，一個專業對其他專業的依賴較大，如果其他專業不能按照需求專業及時提供三維模型，需求專業就要為其他專業自建模型。如流體專業在向結構提交混凝土預埋需求時，需要結構的地下混凝土三維模型，結構專業不能及時提供，流體專業只能自建，這樣做出的預埋需求非常清晰準確，但增加了流體專業的工作，所做地下結構三維模型又不滿足結構專業要求。

例如精煉設計中，工藝設備布置需要鋼結構和精煉設備的三維模型；而工藝設計時，這兩個專業設計可能還沒有開始。這樣就需要有適合三維設計的工序安排、進度策略、專業界面劃分等。

二維設計是一個設計人可以完成本專業的從前期到最終出圖的全過程，因為其畫圖時用的是點、線、圓在圖面上的堆積；而三維設計是設計元素的堆積，如：由不同規格的鋼管、閥門、彎頭、泵體等組合成管路，由不同形狀的鋼結構、磚頭、門窗、墻面材料組成墻，其設計效率是否能夠提高，人員分工至關重要。這樣就需要有人專職做基本構件（鋼管、閥門、彎頭、泵體、磚頭、門窗、墻面材料）和外購件的構件級信息模型，有人利用基本構件做設計，有人將模型轉換為二維圖紙的不同設計角色。

解決思路

在看清三維設計需要的設計環境與現有的二維設計體系有著較大的差別后，那么理順三維設計關系就至關重要了。但往往這項工作是被忽視的，這就是問題的根源所在。

企業往往更注重軟件的選型、人員的培訓、模型的搭建效率等，而忽略了三維設計環境的梳理。然而一旦看清問題的根源，自然就有解決的辦法。本文提供的思路是：以現有的貫標體系為基礎，逐條梳理，研究三維設計體系。

三維設計體系的建立則需要從項目管理開始，以質量標準管理為保證，包括階段劃分、人員配備、進度安排、設計分工、數據管理、專業協同、審核、變更、圖面表達、檔案管理等方面。

當企業的貫標體系中包容了三維設計體系時，相信三維設計將成為一項不止用來提高質量，還能用來提高效率的不可或缺的工具，從而不再為了三維模型而做三維設計。

當前BIM技術正在迅速發展，它涉及到了工程全過程的各個主體和過程，業主、規劃、設計、分包、供貨、施工、監理、政府等等，同樣應該把BIM工作狀態下的各種關系理順放在首位，避免長期以圖紙為紐帶的工程關系阻礙以模型為紐帶的BIM效益的發揮。