破茧起舞

—华东勘测设计研究院引领中国工程三维数字化的发展

发布日期：2014-05-28来源：编辑：靳明伟

[摘要]

　　如同20多年前“甩图板”带来的巨大变革，通过水电水利工程三维数字化设计平台，华东勘测设计研究院成功实现了从“二维设计”到“三维协同”的革命性跨越，工程师们逐渐从枯燥繁重的制图和计算活动中解脱出来，避免大量的重复劳动，使他们可以将更多时间和精力投入到创造性设计和优化工作中去，从而大大提高设计的水平和质量。张春生院长说：“三维协同设计将是我院今后设计技术进步的重要方面，比设计甩掉图板具有更为重大的意义，它将极大地推动华东院乃至整个行业的科技进步。”

　　作为我国最早成立的大型综合性勘测设计研究院，我院始终坚持科技引领发展，其计算机应用工程及信息化管理一直领先全国。早在1995年，我院就拥有由Alpha8200大型网络服务器为核心，SUN、HP、DEC等多家公司的高档CAD工作站和数量众多的微机构成的内部计算机网络系统，实现了CAD出图率100%。进入21世纪后，我院又开始对IT系统进行新一轮的研发更新与应用提升，自行研发了国内最先进的设计管理/图档管理/办公自动化系统，建立了利用计算机技术、网络和通信技术、数据库技术等一体化的设计院综合管理平台系统，实现异地远程办公协同和信息共享，该项成果获得国家工程设计银奖，并逐步培养出一支勘察设计行业内规模最大的IT高级技术人才队伍。

　　2004年，当欧美等发达国家开始全面推广应用三维协同设计技术并获得巨大技术进步和经济效益时，我院敏锐地意识到一场全新的三维设计和工程数字化的革命正暗潮涌动。凭借多年来在信息化领域积累的丰富实践经验和优秀人才队伍，我院完全有能力在中国水电行业实现这一主要的技术手段革命，也应该责无旁贷地承担起推动技术革新、引领中国勘测设计行业科技进步的重任。另外，随着国家西部大开发战略推进，我院水电业务激增，工程地点由东部向西部偏远地区转移，现有生产设计手段与不断增长的业务需求之间矛盾日益突出，这也更加坚定了我院通过三维设计手段革新，彻底解决发展过程中的矛盾和问题的决心。要建立一个新世界，就必须先敢于推翻一个旧世界，“从二维设计转向三维协同，不仅仅是设计手段的革新，还有生产管理体系和流程的变革”，院IT总监王金锋说，这意味着我院在提升设计手段的同时，还将面临巨大的管理风险和技术压力。为了尽量减少三维设计对现有管理体系的冲击，我院首先在全院各个专业所工程师中，挑选技术水平优秀、对三维设计技术有兴趣的人员组成了“三维兴趣小组”，进行三维协同设计实验和论证性应用。“刚开始，我只是对三维模型十分感兴趣，认为能够将地质勘察成果通过三维展示是件很有意义同时非常有成就感的工作”，华东院三维地质技术专家王国光说。作为华东院三维兴趣小组的首批“发烧友”，三维兴趣小组成立之初，时任信息中心主任的陈健首先就拉着小王“入伙”，同时参加的还有来自华东院枢纽、厂房、电气等各个专业的三维设计爱好者。通过一年左右的时间，我院对多种国内外三维设计软件平台的技术论证和试用选型，最终确定了以美国Bentley公司的MicroStation平台作为华东院三维协同设计的基础平台，开始全员三维设计软件培训，并分期分批选择不同建设期的工程项目进行三维协同设计试点。随着三维设计在院多个项目中开始试用，越来越多的年轻工程师们开始对这个新技术充满好奇与热情，并主动加入到兴趣小组的活动中来，谁能阻止年轻人对未来的向往和憧憬呢?蒋海峰说，“那段时间，三维兴趣小组就像一个夜间活动组织，组员们白天要完成部门的生产设计任务，一到晚上大家就开始将白天的设计成果通过三维软件再重新设计一遍，大家就像着了魔一样，不仅不累，而且越干越兴奋”。

　　蒋海峰和王国光对三维技术都有着强烈的渴望与热情，甚至后来都不约而同地舍弃了大学专业，专职从事三维数字化研发工作。还有张业星，虽然大学读的是测量专业，但在计算机软件领域具有非凡的天分，在得知我院正全力推进三维设计后，他毅然放弃了收入丰厚的软件公司工作，选择与华东院共同创业，为三维技术的未来共同打拼。几经羁绊真正踏上这条路，才发现这里充满了远超预计的荆棘和坎坷曲折。三维设计良好的开局并没有持续太长时间。尽管各种三维设计软件在发达国家已经广泛应用，但由于其核心技术都以欧美设计标准和制图习惯为基础开发，如果软件功能短期内无法进行本土化改进，在应用推广过程中问题将会层出不穷，甚至严重影响设计效率。早在三维设计平台软件试用和选择期间，信息技术团队就已经预料到推广初期可能遇到的这些问题，并在三维应用推广的同时，及时组织技术力量开展设计软件功能本土化的研发试验工作。

　　2007年，当时还是工程勘测处地质设计人员的王国光发现，水电工程建设周期都长达10余年，每一天地质数据都在不停的变化。由于数据都是记录在个人电脑中，除了相互拷贝过程中文件数据出现混乱缺失损坏以外，长期反复的修改、调整，使得最原始的地质数据都无法保留。这不仅对工程设计不利，对今后工程运行管理也是极大的损失。为了改变这一现状，小王通过三维兴趣小组向院里申报了“水电工程三维地质信息系统”的科研课题。希望通过这个课题来彻底解决一直困扰国内工程地质领域的难题。经过反复考察，研发团队发现国内竟然没有任何一种三维设计软件能够真正作为工程地质三维信息系统的基础软件平台。

　　项目部中的试用，连研发平台都没有，又从何研发?几经周折，研发团队终于辗转了解到国内某高校曾经有过类似功能平台的开发经验，通过委托合作，开发平台的问题算是初步得到了解决。在三维地质系统研发的整整三年内，王国光与其他三维兴趣小组成员奉献了自己大部分的节假日和夜晚，在承担繁重生产任务的同时，满腔热情的将地质专业涉及的50余个设计规范，逐步转化成三维建模。为了保证用户的顺利使用，他们需要时刻记录和解答来自用户的各类需求和疑问，在修改、测试、再反馈、再修改、再测试的数百次循环中苦苦摸索。尽管研发之路异常忙碌与疲惫，但三维地质模型总算向前迈进了一大步。可是新的问题再次出现，高校的学生流动性大，一旦熟悉掌握了这套技术，就面临毕业，无法保证系统的升级完善与高端定位，同时由于研发平台差异，三维地质系统不能与其他专业的三维软件很好的兼容，知识产权又受制于人，无法及时满足工程应用需求，用户的抱怨不绝于耳。研发人员在高校与用户之间成了“两头夹气”的受气包。不仅仅是三维地质信息系统，枢纽三维设计和工厂三维设计的推进工作中也遇到了巨大的应用需求和研发瓶颈。尽管国内的工厂三维设计系统在石化和电力行业已经得到了应用，但这些工厂系统相对规范，各类仪器、设备等元器件标准化程度高，而水电工程工厂系统涉及建筑、机械、电气、监测等多个专业，各类仪器、设备等元器件多达十几万个，这个庞大的系统和元件库可谓“前无古人、后无来者”，几乎成为工厂三维设计应用和研发过程中不可逾越的障碍。

　　“研发之初，对三维设计未来的宏伟规划，常常让我们热血沸腾，但研发之路的艰难与纠结让我们始料未及”，蒋海峰说。三维兴趣小组成员不仅承担了专业团队内繁重的生产任务，同时还要挤出大量的时间和精力从事三维研发工作，这也常常让他们感到心力交瘁。三维技术研发的连续受挫，使得越来越多的工程师开始质疑三维设计应用的必要性，甚至认为“目前的二维设计已经能够满足目前生产任务需求，并且早已经被市场接受，业主也没有提出三维要求，现在工程根本不需要三维设计”。工程师们对三维设计逐渐从最初的好奇、热情转变成为排斥与拒绝，部分生产任务紧张的工程师甚至开始退出。三维设计在各专业的推广效果良莠不齐，协同设计步履维艰，犹如木桶效应，始终在最短的那块木板上停滞不前，全院甚至没有一个工程项目愿意主动采用全新的三维设计技术进行实际的应用，三维兴趣小组的成员也锐减至最多人数时的三分之一。同时，我院与各家厂商的技术沟通和合作还处于磨合期，各种矛盾与瓶颈相互胶着，三维设计研发真的走到了绝境吗?继续依附、等待?还是重整旗鼓、艰难前行?这不仅是一个抉择，更是一个巨大的考验。破茧起舞尽管三维研发阻力重重，院高层领导对“最初梦想”的坚守与执着，给予了研发团队极大的支持和鼓励。为了尽早摆脱这样的困境，时任院总工程师张春生同志多次组织召开三维设计研讨会，认真分析研究在推进三维设计工作中存在的技术和管理问题，及时调整技术线路，制定了一整套三维设计试用和推进的奖励、管理办法。

　　2009年，在三维研发最低谷的时期，院领导以及信息技术中心领导顶着巨大的压力，以原三维设计小组为基础在整个行业内成立了首家集三维技术研发和技术引导及管理于一体的专门机构——三维数字工程中心，并与Bentley公司成立了“ECIDI/Bentley中国工程设计软件研究中心”，不仅将王国光、蒋海峰、张业星等对三维研发满怀热情的工程师正式“收编”，同时开始在全国范围内招聘、扩充三维研发人员。组织管理得到保障、人员得到扩充、项目得到落实、研发经费得到保证、技术合作得到加强、三维研发工作如鱼得水。一场轰轰烈烈的三维设计数字化革命如火如荼的开展起来。有了固定的研发队伍，我院果断开始了完全自主开发、自主实施的全新旅程。同时，多年来的坎坷经历也让他们深刻的体会到：水电工程所涉及的20多个专业只有在同一设计平台上，将所有专业设计在一个数据架构上进行管理，在一个模型上进行协同设计，才能最终保证真正的三维设计上的真正协同和全信息的工程数字化设计。在短短两年时间内，在“一个平台、一个数据架构、一个模型”的技术标准和系统架构下，数字工程中心在院领导的坚定支持下和陈健主任的带领下，经过艰苦的探索和百折不挠的努力，成功地解决了三维协同设计平台和各专业设计系统软件集成等多项关键技术，相继研发成功具有自主知识产权的“地质三维信息系统GeoStation”、“枢纽三维设计系统Civil Designer”、“工厂三维设计系统Plant Designer”、“三维配筋系统ReStation”、“参数化元器件库Digital Elements”等一大批专业软件系统和设计工具，成功构建了覆盖水电水利工程全过程、全专业的“水电水利工程三维数字化设计平台”，并同时在全院生产管理体系中研究建立了符合三维协同设计要求的、全新的“三维设计生产技术管理标准体系”，为我院三维数字化设计应用开辟了一条光明的坦途……

　　一次又一次的颠覆，一次又一次的重生。我院在艰苦奋进中迎来了三维数字化设计的华丽转身，成功实现了从二维设计向三维协同设计和数字化设计的转变，为水电水利工程勘测设计提供了崭新的手段。

　　“数字工程中心每发布一个新的软件，我们的工作效率和质量就会提高一大步”，厂房专业三维设计人员胡正凯说。今年5月份，最新研发的“三维配筋系统 ReStation”即将正式发布，小胡对此激动不已，他说这将是工厂三维设计系统的一次革命性的跨越，他们将摆脱60%的结构工作量，同时错、漏、碰、缺等这些低级错误将彻底消失。三维数字化设计平台已经成功应用于白鹤滩、锦屏二级、龙开口、响水涧等20多个大型水电工程项目，提高综合设计效率40%，减少设计和建设过程中的修改和变更等纠错工作80%，经济和社会效益十分显著。同时，海外项目、风电、工民建、地铁等非水电工程也成雨后春笋之势在三维协同设计方面大显身手。全院熟练掌握三维协同设计的工程设计人员数量超过500余人，培养出一大批三维设计的年轻专家和熟悉三维协同设计的项目经理，在所有水利工程项目上全面实现三维设计常态化，基于MicroStation构建的“水电水利工程三维数字化设计平台”已经成为全院第一设计软件平台。院三维协同设计得到越来越多用户的认可和赞同，全国上百家企业和设计院慕名调研，并与中南院、昆明院、东北院、广西电力院、辽宁省院、上海院等多家有实力开展三维设计应用的兄弟单位开展了技术交流、签订了软件平台的使用协议。

　　2012年3月，水电水利行业三维数字化设计平台在成果鉴定会上初试啼音，便在业内引发巨大的风暴。中国水电工程顾问集团公司、中国电力建设集团公司网站和《中国能源报》争相报道，数十家新闻媒体纷纷转载，华东院已然成为中国工程设计行业数字化的引领者。舞动未来截至目前，我院数字工程中心和信息技术中心的三维研发和信息化人员超过70人，他们充满了梦想与信念，凝聚着团结与智慧，他们为三维研发而热血沸腾，他们为能改变世界而满怀感恩。当最初的梦想成为现实，院对“三维协同设计和数字化平台”又有了更加宏观和长远的认知：三维数字化设计平台不仅仅可以实现水电水利和工民建工程的跨专业、全过程的三维协同数字化设计，还可以进一步延伸至工程的数字化施工、工程数字化移交、工程数字化运行和工程数字化安全管理，直至最后实现工程全生命周期的管理的目标。经过十多年卓有成效的企业管理信息化和工程设计数字化的建设工作，我院已经成功构建了基本符合国际型工程公司的大型信息化和数字化工作平台，现在正按照“十二五信息化发展规划”的要求，在向2015年建成国内勘测设计行业首家信息化企业的目标奋进。

　　“我们将充分发挥院独特的信息技术优势，进一步研究挖掘和发展三维数字化设计平台潜在的巨大能量和应用市场前景”，王金锋说，“水利水电工程是一个大土木领域，囊括了地质、土木、工厂、交通、市政、电力、航运、建筑等一系列相关专业和领域，水电水利工程三维数字化设计平台和完善的三维协同设计管理体系，完全可以给其他行业提供真正适用的三维数字化设计和工程数字化管理平台，并通过该平台可以建立全信息的工程数字化模型，进而可以实现工程的施工、运行、管理三维数字化。”

　　目前中国正在开始城市化进程，而我院自主开发的三维数字化设计平台已经基本具备了建立“数字城市”的所有技术条件，可以为政府提供三维数字化城市管理和服务的主要功能。目前，数字工程中心又在工程全生命周期管理领域开展了新的探索和研究，为我院利用数字化、信息化技术在工程的数字化运行和安全管理方面开辟一个新的应用领域。三维数字化设计平台不仅是设计手段的一大飞跃，更是未来工程数字化的基础。张春生院长表示，水电水利三维数字化设计平台具有强大的行业发展前景，我院始终坚持开放、集成、兼容的技术发展理念，愿意将三维数字化的经验和成果与国内各行业单位进行交流分享和合作，共同推进中国工程数字化发展。(文/濮唯唯)

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