三維設(shè)計(jì)校審平臺建設(shè)研究

雷亞雄，宿維忠

（中國電建集團(tuán)河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

中國從20 世紀(jì)80 年代就提出了三維設(shè)計(jì)的構(gòu)想。20 世紀(jì)90 年代，國內(nèi)各大電力設(shè)計(jì)院逐步引進(jìn)PDS、PDMS，開展工程三維設(shè)計(jì)[1]。隨著三維設(shè)計(jì)的普及和深入，設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容由圖紙文件轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)信息的模型，建模成為工程設(shè)計(jì)的主要活動也是最重要的活動，施工圖紙、清單、表格等文件都是基于數(shù)據(jù)模型生成的[2]，因此對三維成果的校審變得尤為重要。但是原有的僅僅針對圖紙文檔的校審工具已經(jīng)無法滿足三維設(shè)計(jì)的要求，必須提供一個能夠?qū)?shù)據(jù)庫、模型和圖紙進(jìn)行全方位質(zhì)量控制的平臺。

目前，在三維設(shè)計(jì)質(zhì)量控制方面，多數(shù)采用基于設(shè)計(jì)平臺進(jìn)行二次開發(fā)，與現(xiàn)有管理流程進(jìn)行整合的方式，如核電、火電設(shè)計(jì)有基于PDMS 平臺的三維設(shè)計(jì)管理研究[3]，變電設(shè)計(jì)有基于Revit 的質(zhì)量控制研究[4]。但是，對于設(shè)計(jì)院來說，各業(yè)務(wù)板塊、各專業(yè)設(shè)計(jì)工具逐漸多樣化，模型不僅僅來源于單一軟件。上述方式雖然可以保證數(shù)據(jù)傳遞的流暢性，但是不利于統(tǒng)一校審平臺的構(gòu)建，不滿足多源模型集中校審的需求。本文提出了一種B/S 架構(gòu)下開展三維設(shè)計(jì)校審平臺建設(shè)的思路，實(shí)現(xiàn)多源頭、多平臺、多格式的數(shù)據(jù)、模型、圖紙的在線校審，提高三維設(shè)計(jì)校審的效率與便捷性。

1 關(guān)鍵技術(shù)需求

在線的三維模型校審平臺需要實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)校審的可視化、成果集成化、校核智能化，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合管理流程，為校核人員提供高效校審工具，這需要大量底層技術(shù)的支持。下文就平臺依賴的圖形引擎、圖檔管理、校審知識庫、流程引擎、版本管理等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

1.1 圖形引擎

圖形引擎是三維模型校審平臺的核心，決定了多個專業(yè)基于模型的協(xié)同與校審能否真正實(shí)現(xiàn)。為了滿足在線三維校審，圖形引擎需采用WebGL 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維模型在網(wǎng)頁端、移動端跨平臺展示及無插件加載。除此之外，圖形引擎還需至少包括多源模型融合技術(shù)、空間算法、三維校審工具等核心功能。

1.1.1 多源模型融合技術(shù)

設(shè)計(jì)院各業(yè)務(wù)板塊、各專業(yè)使用的三維設(shè)計(jì)工具多種多樣，包括PDMS、Revit、SolidWords、Microstation等。要想實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺校審，圖形引擎需具備豐富的三維模型接口，支持多種模型格式，可將模型及數(shù)據(jù)平滑地導(dǎo)入到平臺進(jìn)行加工處理，形成整體統(tǒng)一的三維信息模型。

1.1.2 空間算法

三維校審相比于二維校審的區(qū)別是，可以借助三維模型開展基于實(shí)體模型或虛擬空間的校核檢查。在三維空間下，測量、空間關(guān)系判斷等均需要強(qiáng)大的空間算法支持。表1 梳理了圖形引擎應(yīng)具備的基礎(chǔ)空間算法。

表1 基礎(chǔ)空間算法

1.1.3 三維校審工具

除了底層空間算法的支持外，圖形引擎應(yīng)提供空間算法的基本封裝，形成常用的校審工具，提高校審的快捷性、便利性，如批注工具、剖切工具、測量工具（距離測量、高度測量、坡度測量、標(biāo)高測量、角度測量、面積測量）等。

1.2 圖檔管理

除三維模型外，相關(guān)的圖紙、文檔也是三維校審的必要內(nèi)容。平臺應(yīng)提供圖檔數(shù)據(jù)解析接口，對圖檔進(jìn)行解析，將文件圖檔數(shù)據(jù)、圖檔屬性數(shù)據(jù)保存到存儲層，同時生成對象屬性數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對圖檔的全文檢索，挖掘圖檔對象編碼，與模型自動關(guān)聯(lián)。同時，實(shí)現(xiàn)圖檔的在線瀏覽、必要的測量功能及批注功能，輔助校核人員完成在線的設(shè)計(jì)校審。

1.3 校審知識庫

校審知識庫既是各級校核人員校核設(shè)計(jì)成果的依據(jù)，也是未來自動校審、智能校審的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。校審知識庫由規(guī)程規(guī)范、強(qiáng)制性條文、質(zhì)量通病等規(guī)范條文構(gòu)成。當(dāng)前規(guī)范條文的編寫形式是為滿足后期人工解讀的需要，條文內(nèi)主要包括文本式語句、圖表和公式等內(nèi)容。為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的自動校審，首先需要將自然語言的規(guī)范條文結(jié)構(gòu)化為計(jì)算機(jī)可以識別的規(guī)則[5]。本文采用的結(jié)構(gòu)化規(guī)則由校審對象、校審內(nèi)容、校審表達(dá)式構(gòu)成，各部分由多個邏輯表達(dá)式、數(shù)值表達(dá)式、空間運(yùn)算共同組成。在校審過程中，結(jié)構(gòu)化的規(guī)范條文能夠通過平臺內(nèi)置的規(guī)則引擎自動判斷，用于三維模型的屬性值檢查、空間關(guān)系判斷。

1.4 流程引擎

無論是專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)，還是成品質(zhì)量控制，都需要遵循相應(yīng)的管理流程。流程引擎是用來驅(qū)動管理業(yè)務(wù)按照設(shè)定的固定流程去流轉(zhuǎn)的工具。在復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)情況下，流程引擎提供以業(yè)務(wù)建模、流程設(shè)計(jì)、流程仿真、界面設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)整合、部署執(zhí)行、系統(tǒng)管理、業(yè)務(wù)監(jiān)控為主線的全閉環(huán)式業(yè)務(wù)管理，保證了業(yè)務(wù)執(zhí)行的準(zhǔn)確性。由于三維設(shè)計(jì)仍處于快速發(fā)展階段，設(shè)計(jì)和校審的流程不是一成不變的，因此，流程引擎應(yīng)具備流程自定義、新舊流程版本控制、節(jié)點(diǎn)動態(tài)配置等靈活的控制能力。

1.5 版本管理

版本管理是對模型和圖紙的歷史演變過程進(jìn)行記錄和維護(hù)，應(yīng)包括統(tǒng)一協(xié)調(diào)各個版本、版本存檔、版本升級發(fā)布、版本對比等功能。其中，最關(guān)鍵的是版本對比，設(shè)計(jì)過程中方案變化是不可避免的。越是復(fù)雜的項(xiàng)目，變化越是頻繁，要方便定位出每個版本圖紙或者模型變更的位置難度也就越大。平臺應(yīng)能支持對2 個版本的模型或圖紙進(jìn)行比較，區(qū)分顯示新增加、修改、刪除的模型構(gòu)件，提高設(shè)計(jì)檢查的效率和準(zhǔn)確性。目前圖形引擎在解析模型和圖紙時，均是采用將其數(shù)據(jù)對象化的方式，存儲于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，這也使得版本對比功能成為可能。

2 平臺建設(shè)

2.1 平臺架構(gòu)

平臺圍繞三維校審具體業(yè)務(wù)，遵循可擴(kuò)展性原則設(shè)計(jì)，分為數(shù)據(jù)層、中臺層、服務(wù)層、應(yīng)用層和展示層。數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)存儲三維模型、圖紙文檔、數(shù)據(jù)庫、知識庫，對接其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。中臺層提供針對各種數(shù)據(jù)、服務(wù)與應(yīng)用的底層關(guān)鍵技術(shù)。服務(wù)層依賴平臺關(guān)鍵技術(shù)，提供模型、圖紙/文件、數(shù)據(jù)等各類設(shè)計(jì)成果的解析接口，同時為應(yīng)用層提供各類數(shù)據(jù)訪問服務(wù)和相關(guān)業(yè)務(wù)接口。應(yīng)用層則根據(jù)校審業(yè)務(wù)需求，提供項(xiàng)目可視化展示的多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。同時通過平臺開放的APⅠ接口，可由用戶二次開發(fā)更多應(yīng)用，適應(yīng)不同場景的業(yè)務(wù)需求。平臺架構(gòu)及各層具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 平臺架構(gòu)圖

2.2 平臺核心功能

2.2.1 專業(yè)間協(xié)同

基于平臺多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一的工作空間。平臺提供PDMS、Revit、Microstation 等常用三維設(shè)計(jì)軟件數(shù)據(jù)接口，各專業(yè)可隨時將模型上傳至模型服務(wù)器進(jìn)行合模，開展方案討論、專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢查等工作，將問題消除在設(shè)計(jì)過程中，降低專業(yè)間溝通成本，減少后續(xù)返工的可能性。

2.2.2 智能自動化校審

建立校審知識庫，將規(guī)程規(guī)范、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等條文區(qū)分為自動、半自動以及人工校審的要點(diǎn)，對于空間關(guān)系、屬性合規(guī)性等可借助計(jì)算機(jī)自動或半自動校審的要點(diǎn)進(jìn)行拆解，構(gòu)建為由校審對象、校審內(nèi)容、校審表達(dá)式組成的結(jié)構(gòu)化規(guī)則，通過規(guī)則引擎，輔助校核人員完成自動或半自動的校審，提高校審效率，保證成品質(zhì)量。校審要點(diǎn)分類如圖2 所示，結(jié)構(gòu)化規(guī)則構(gòu)成要素如圖3 所示。

圖3 結(jié)構(gòu)化規(guī)則構(gòu)成要素

2.2.3 人工校審與綜合評審

除自動校審的要點(diǎn)外，其他校審工作或綜合評審工作需相關(guān)人員基于統(tǒng)一的工作空間，手動完成校核，平臺提供大量輔助校核的功能或工具，提高校核的便利性，如知識庫索引、剖切工具、測量工具、批注工具、圖紙模型聯(lián)動、模型對比、圖紙對比等。

3 結(jié)束語

隨著電力勘測設(shè)計(jì)行業(yè)三維設(shè)計(jì)的深入，三維成果的校審需求也越來越迫切。本文提出了一種在線三維模型校審平臺建設(shè)方案，基于平臺圖形引擎、圖檔接口，對不同來源、不同類型的三維模型、圖紙文檔進(jìn)行在線的統(tǒng)一整合，依托規(guī)則化的校審知識庫，輔助校核人員方便快速地完成三維設(shè)計(jì)校審工作，提高校審效率，實(shí)現(xiàn)基于三維成果的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制。