三維協同設計在水利水電工程設計中的應用

黃宏亮

摘 要 在我國，水利水電工程屬于規模較大、難度較強、高新技術應用率較高的大規模工程。水里水電工程在進行開發和實施過程中，最為基礎和關鍵的部分，就是對工程施工的設計，而水利水電工程的設計，則需要考慮多種因素，需要多領域多專業的配合才能做到的。因此，水利水電工程的設計要求精確迅速，以達到誤差少，節省資源等目的。近年來，水利水電工程設計研發出三維設計軟件并得以應用，三維設計軟件從一定程度上提升了工程設計的效率和效果，特別是三維協同設計。

關鍵詞 三維協同設計 水利水電工程 應用研究

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：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

水利水電工程的設計，是水利水電工程建設的重要依據。在水利水電工程設計的發展中，主要經歷了三個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計階段。目前國內最為尖端的技術，就是三維協同設計技術，三維協同設計技術是由三維CAD技術演進而來的，并在三維CAD技術的基礎上，實現了多領域協同的可能，具有許多CAD技術無法比擬的優勢，業已成為當前水利水電工程設計的發展主流趨勢。本文主要通過研究三維協同設計的概念、應用價值、發展現狀以及軟件的分析和應用，分析三維協同設計的發展前景。

1 三維協同設計的概念

三維協同設計是一種能夠將各領域技術人員進行同平臺工作的協作型設計軟件，也就是說，三維協同設計也可以被稱為是三維模型設計的協同效應。這種設計工作方法，能夠將各種不同領域的工作人員的工作變得精準化和可視化。并且能夠有效的提高水利水電工程設計的效率和質量。當代水利水電工程建設中，工程復雜性越來越高，工程的規模越來越大，而三維協同設計技術能夠充分滿足當前越來越高的設計要求，對設計過程中的多角度多領域的平衡能力也越來越高，使得三維協同設計在產生和發展之余，成為水利水電工程的熱門技術。在水利水電工程的設計發展中，另一項廣受關注的設計要求，就是環保節約的要求，而在水利水電工程的建設中，做到“投資省、耗能低、環保好”，也是當代水利水電工程設計中廣受重視的設計出發點之一。這些要求，都能通過三維協同技術得以實現，三維協同技術能夠極大的減少水利水電工程設計過程中的人才和物料的浪費，并且能夠通過虛擬模擬，極大地減少了水利水電工程建設施工中出現的問題，對水利水電工程的施工具有非常重要的指導作用。

2 三維協同設計的應用價值

三維協同設計在應用中，具有二維和三維CAD設計無法比擬的優勢，主要有設計形象、設計中空間布局設計率、設計準確性以及校審便捷性等五大特點。

2.1 設計形象的優勢

三維協同設計的一個最直觀的優勢，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的建設過程，通過對這種建設過程的模擬，找到建設過程中容易出現或可能出現的誤算，并將設計中不協調的問題查找出來進行修改，并且可以將所做的工程設計直觀地播放給審查和各級領導觀看，能夠直觀地表現出水利水電工程設計的效果，具有非常明顯的形象優勢。

2.2 空間優勢

空間優勢是指，三維寫作能夠通過空間建模，實現二維設計技術不能實現的空間布置設計，通過對水利水電工程進行空間布置設計，能夠最大程度地提高了二維設計技術中無法做到的對空間布置設計的把握，進而解決了二維技術下，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過程中的問題。

2.3 提高水利水電工程設計的設計效率

水利水電工程的設計是一項非常耗時的，且需要多領域技術人員合作的項目，因此，在設計過程中，講究團隊的協作和效率的提升，因為團隊的協作和效率是水利水電工程設計時間短、效果好的基本保證。通過三維協同技術，能夠使同一平臺上對不同領域的技術人員做到專業配合，避免了傳統二維或三維CAD設計當中需要各技術人員分別設計，然后進行修改和協商的問題。減少了設計稿件和設計模型的修改時間，保證了水利水電工程設計中的效率。

2.4 提高了設計方案的質量

三維協同技術在水利水電工程設計中，能夠有效提升設計方案的質量。這是由于三維協同技術在水利水電工程的設計過程中，能夠在計算機內設計出三維模型，這些模型中的數據就是實際建設中的準確數據，這種數據是唯一的并且能重復使用的。技術人員可以根據模型中的數據對設計方案進行修改，并且能夠做到修改過程中的數據十分精確。減少了設計方案的確定和修改過程中的數據不準確的問題。

2.5 減少了校審時間

傳統的二維或三維CAD設計技術，需要對圖紙和設計方案進行大量時間的校審，校審程序較為復雜，校審期間可能由于工作人員的疏忽，需要進行多次校審，出現錯漏的幾率較大，而通過三維協同技術，能夠在計算機上進行可視化校審，通過這種可視化校審，能夠自動批注和跟蹤管理，減少校審的步驟和次數，將校審時間大大縮短，并且提高了校審期間錯誤檢出率。

3 三維協同設計行業發展現狀

三維協同設計技術，作為一種高新水利水電工程設計技術，在我國的市場中具有非常好的發展前景，并且這種技術，已經率先在機械、電子、石油、電力甚至是航天領域中應用，并起到了非常關鍵的作用，提升了上述領域中的產品設計質量和使用體驗，而在水利水電工程設計中，三維協同技術從2003年期就已經開始研究，受到當時許多先進的研究單位的重視和研究，并于5年后在業界小范圍的應用，主要在我國的各個省份的樞紐建設中起到了關鍵的作用，也使業界看到三維協同技術的優勢。三維協同技術在水利水電工程的建設和設計中，能夠直觀地將設計的理念和結果通過計算機表現出來，更加符合人類的思維方式和思維習慣，將二維設計技術中，需要技術人員將二維的設計內容轉為三維的設計內容的步驟，減少了由于認知問題所出現的錯誤和誤差。從而減少了設計的修改和變化次數，提高了設計的效率。

但現如今，我國國內并沒有大面積地推廣和應用三維協同技術，這是由于我國國內應用于三維協同技術的計算機平臺較少，需要依托于其他國家的計算機應用平臺，才能夠使用和進行水利水電工程的三維協同技術的設計。并且三維協同技術的費用較高，許多省市三維協同設計平臺的應用和二次開發力度不夠，開發經驗和使用經驗貧乏，無法大范圍推廣使用三維協同技術，為三維協同技術的開發和使用帶來了一定的阻礙。我國的三維協同技術存在一定的廣闊空間，但目前的技術發展不成熟，發展速度較為緩慢。

4 三維協同設計的軟件使用優勢

目前在我國應用較多的三維協同設計軟件為Microstation Bentley系列軟件，下面主要分析Microstation Bentley軟件在三維系統設計過程中的使用優勢。

4.1 Microstation Bentley軟件在工作效率提升中的優勢

Microstation Bentley 軟件，是三維協同設計技術使用中較為常用的一種軟件，設計人員能夠在進行設計前，將該項目的各個領域的設計需求和設計目標進行文件建立，并分別將各個文件建立在Microstation Bentley 軟件中，以種子文件的形式表達出來，這種方式能夠使各領域的工程設計人員通過找到自己的子文件進行設計工作，并且文件在進行設計和修改后能夠保存在Microstation Bentley 軟件中，無需設計人員自己單獨創建文件進行保存，且在同一平臺中的各位工程設計人員可以進行溝通和分析，將設計中所遇到的問題進行及時的修改，也使得工程設計的團隊的設計速度和設計效率得到非常大的提高。

4.2 Microstation Bentley系列軟件具有非常精準的工程量計算結果

Microstation Bentley 軟件的另一大優勢，就是能夠非常精準地計算出工程計量的結果和數據，設計人員在使用二維技術或三維CAD技術進行設計時，需要進行人工手動計算各部分的數據和結果，人工計算的數據結果無法做到100%準確，不可避免地會出現錯誤和漏洞。但通過Microstation Bentley 軟件進行三維協同設計，設計人員能夠通過該軟件對設計過程中出現的不同的數據和結果進行精準的區分和計算，保證了工程量計算的零失誤。設計人員的主要工作就是將工程所需的材料和數據進行不同屬性模塊的定義，就可以達到零失誤的目的。

4.3 Microstation Bentley系列軟件的建模形象直觀

水利水電工程在設計完成后，需要向業主方進行設計理念和方案的匯報，傳統的二維技術或三維CAD技術，無法做到對設計方案進行三維立體和動態的建模，設計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行匯報，書面文字形式的匯報方法缺乏主觀感受，而手工制作模型又無法動態地表現出設計的成果和理念。因此，這兩種方法在設計結果的匯報上都給設計人員帶來了很大的不便。通過Microstation Bentley 軟件，設計人員能夠將設計理念和設計結果通過三維模型的方式進行展示，而設計成果能夠通過渲染、動畫、配音等方式，對水利水電工程建設后的使用做出模擬。保證了業主方在聽取匯報時的感官感受，大大提高了設計方案的回報效果，有效提高了業主方的滿意程度。

參考文獻

[1] 胡燚，張運東，張強.三維CAD技術在水利水電工程設計中的應用分析[J].硅谷，2013.23：66+71.

[2] 高博.三維協同設計在水利設計院中的應用[J].水科學與工程技術，2013.5：94-96.

[3] 原婷婷.三維協同設計在水利水電工程設計中的應用[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2014.7：296.

[4] 陳亞軍，何文波，王浩民.三維協同設計在水利水電工程設計中的應用[J].工程建設與設計，2013.8：23-24.

[5] 陳亞軍.三維協同設計在水利水電工程設計中的應用[J].中國建設信息，2013.18：40-43.