打造水电设计的乐高积木 三维协同设计驱动中南院转型

当地时间11月14日晚，在荷兰阿姆斯特丹NH酒店冬季花园大宴会厅，来自中国水电工程顾问集团公司中南勘测设计研究院(简称中南院)的两个参赛选手正紧张地等待着发电领域Be创新奖大赛结果揭晓。尽管在前一天评选时，他们的表现非常出色，但毕竟与他们在同一组参赛的美国最大的电力公司南方电力公司是个非常强劲的对手。

从折桂基建信息化“奥斯卡”说起

当开奖嘉宾宣布中南院的参赛项目“抽水蓄能三维标准设计及应用”获胜时，全场发出了热烈的掌声，所有在场的中国代表更是非常激动。虽然这个由美国基础设施综合软件解决方案供应商Bentley举办的创新奖，是一个由厂商牵头组织的大赛，但是最终优胜者是由行业专家组成的独立评委会评选出来的，而且前来参赛的不乏国际顶级设计公司。业内甚至有人认为，Be创新奖是基础设施信息化领域的“奥斯卡”。

在此之前，中南院已经获得了本届Be创新奖三维培训方面的荣誉奖。这是中南院第二次参加Be创新奖大赛，尽管自2011年1月开始采用Bentley的三维建模平台MicroStation和协同设计平台ProjectWise以来，中南院的三维可视化协同设计之旅还不到两年时间。

谈到中南院与美国南方电力公司在三维应用方面的实力对比，有业内人士分析说，由于国内水电设计领域三维可视化协同设计起步较晚，因此在单个项目的三维应用方面，我国相关设计院的应用水平与美国南方电力公司等国际先进企业尚有一定的差距。不过，中南院标准化设计的创新思路非常值得称道。中南院借助三维可视化协同设计，以及以三维信息模型为基础的涵盖工程项目的设计、施工、数字化移交、数字化运营等阶段的全生命周期管理研究，形成可重复应用于多个项目的标准化设计构件，从而提高了设计效率和质量。

“同时获得两个Be创新奖，证明了中南院在推进三维可视化协同设计和以三维信息模型为基础的设计、施工、数字化移交、数字化运营等工程项目的全生命周期管理研究等方面取得的成绩和潜在的实力，也是中南院雄厚技术实力和优秀企业文化完满体现。”中南院副总工程师、数字工程中心主任喻振华说。

迫切的三维需求

作为综合性大型国家甲级勘测设计企业，中南院主要从事水电水利工程和风电工程的勘察、设计和科研试验，市政、交通、电力、环境评价与保护、水土保持等领域的工程设计、工程咨询、工程监理、岩土工程治理和施工、工程总承包及相关技术服务中介等业务。

中南院从1954年开始开展水电勘测设计业务，并在1960年开始承担海外勘测设计业务。到2005年底，中南院勘测设计的国内外水电水利工程达160余项。毋庸置疑，在传统的勘测设计业务领域，中南院具有很强的技术优势。

但是近几年来，和我国大部分水电设计研究院一样，中南院开始随着市场的变化感受到了巨大的压力。其中一个主要原因是我国水电建设的高峰期已过，水电设计市场容量有限。他们比以往任何时候都更需要通过提升自身竞争力来赢得市场，同时还要想方设法拓展业务，特别是开展国际业务。

推广三维协同设计无疑是提高市场竞争力的一个有效手段。所谓三维可视化协同设计，是以三维数字技术为基础，以三维CAD设计软件为载体，让不同专业人员组成的设计团队在同一平台上沟通信息、共享知识、协同设计。

然而，我国水电领域的三维协同设计发展远远落后于土木建筑、制造等领域，这是因为水电设计涉及地质勘察、土木建筑等诸多专业，非常复杂。但是，正因为如此，三维协同设计在水电设计领域具有更大的价值，其中值得一提的是，三维协同设计在设计阶段就能避免错、漏、碰、缺情况的发生，大大提高设计的精细化程度。如果采用传统的二维设计，由于缺乏对错、漏、碰、缺有效验证的手段，设计人员往往在设计时要留出一定的裕度，从而造成资源的浪费。但是通过三维来设计，设计人员可以在设计阶段及时发现问题并进行修正。此外，采用三维可视化协同设计还可以实现数字化移交，为业主后续的施工、维护提供有用的数字依据。

作为中南院的上级单位，中国水电工程顾问集团公司在2005年前后选择了华东勘测设计研究院(简称华东院)和成都勘测设计研究院作为试点推广三维协同设计，希望这两个试点单位在取得一定成果后与其他兄弟单位共享经验，从而在全集团有效普及三维协同设计。

但是到了2010年，对三维协同设计的迫切需求使得中南院无法再坐等下去了。基于华东院和成都院已有的经验，中南院在当年12月31日与Bentley签订了战略合作协议，决定采用MicroStation和ProjectWise来作为其三维可视化协同设计的支撑平台。同时，中南院

专门成立了数字工程中心，一方面负责三维系统的推广，另一方面负责其他系统的研发和组织工作。

中南院对三维协同设计的需求首先来自国际业务。这几年来，国际业务在中南院，乃至国内大部分水电设计院所占的比重越来越大，如何更好地开展国际业务成为这些设计院关注的焦点。而三维设计被认为是我国水电勘测设计院开拓国际市场的钥匙。谈到国际业务，中南院数字工程中心副主任梁晖说，欧美发达国家的市场也已趋于饱和，中南院的主要目标市场是东南亚和非洲等区域。

“这些国家的水电站多是请国际设计公司来设计，这些公司通常能给他们提供三维设计图。”梁晖说，“因此也要求我们给他们提供三维设计图。”

开展全员三维运动

“我们院对于三维设计方面的要求是一路绿灯的。”在问到三维可视化协同设计在中南院的推行情况时，中南院副院长狄立勋回答说。

狄立勋的这一句话，足见中南院对三维可视化协同设计推行的重视。中南院对三维可视化协同设计的重视，还体现在中南院是国内水电设计领域第一家全院、全专业推广三维可视化协同设计的设计院。这也是为什么中南院能够获得三维培训方面的Be创新荣誉奖。

和其他领域不一样的是，水电设计领域的三维可视化协同设计所涉及专业领域非常多，这使得三维设计在水电领域的推广格外难。比如说，作为一个专业齐全的设计研究院，中南院拥有八大专业，47个二级专业。因此，要想将三维设计与各个专业结合起来，单靠数字工程中心20多个研发人员的力量是远远不够的，必须充分发动设计人员来参与才能真正让系统满足不同专业的全面需求。

为了让三维可视化协同设计能够真正推广到日常的设计业务中，中南院进行了全专业的推广培训。培训内容先从简单的基础知识开始，再到复杂的专业知识。

除了培训，中南院还在院内举办三维设计应用及创新大赛，以激发员工应用三维设计的热情。就在2012年11月30日，中南院举办了三维设计应用及创新竞赛的决赛暨颁奖会。此次竞赛共有11个部门，209人申报了53项课题参赛。这些对员工的培训、激励措施，在很大程度上提高了员工对三维可视化协同设计的认知和热情，有效促进三维协同设计的普及。

2011年，中南院已经通过三维设计完成了20多个项目的设计。即使有些项目业主没有提出采用三维设计的需求，他们还是先用三维设计然后再切换成二维。

水电站设计的乐高积木

进入到2012年，中南院开始用三维来进行标准化设计，以进一步提高设计效率和质量。“未来的路还很长，我们要打造具有中南院特色的三维系统向系统集成设计、水电站工程的全生命周期管理迈进。”喻振华说。

所谓具有中南院特色的三维可视化协同设计，在当前来说，典型的特点就是标准化设计。

梁晖告诉记者，过去由于缺乏有效的手段，像中南院这样曾经设计了许多水电站的设计院，对于每一个新的电站设计，都要根据工程环境、建筑要求和运行习惯进行设计，哪怕是相同的设计在不同项目中也要重新设计、重新验证，而未能将过去在其他电站设计中的成果运用到新的电站中来。

基于三维可视化协同设计系统，中南院将电站设计中的一些共性设计进行整理、提炼，形成一些标准化设计模块。这样，在进行新的电站设计时，设计人员就可以调用标准化设计模块用于共性设计，只需要对电站的个性化要求进行重新设计。也就是说，对于共性设计，中南院可以像搭建乐高积木一样轻松地利用标准化设计模块来完成，大幅度提高电站设计的效率。这一成果，就是后来获奖的抽水蓄能三维标准设计及应用。

这一成果改变了抽水蓄能电站的设计理念和方法，实现了设计产品的复用化、流程化、标准化。中南院还以实际工程项目为基础不断完善标准化设计成果，进一步提升抽水蓄能电站的设计和管理运营水平，最终实现以三维信息模型为基础的包括设计、施工、数字化移交、数字化运营等阶段在内的工程项目全生命周期管理。

据了解，中南院已在天池抽水蓄能电站、蟠龙抽水蓄能电站、平江抽水蓄能电站等项目应用了抽水蓄能三维标准设计及应用。来自中南院的数据显示，通过抽水蓄能三维标准设计及应用，中南院可以减少设计中90%以上的错、漏、碰现象。由此，平均每个项目可以节约上千个人天工作量，节约成本约157万元。

发现新的业务增长点

“我们还有好多要花的钱没有花出去呢。”谈到三维可视化协同设计项目的下一步发展，狄立勋这样说。之前取得的显著成效使得中南院对三维可视化协同设计的投入格外慷慨。

对于中南院来说，三维可视化协同设计的意义远远不止提高设计质量和效率。在国内水电站设计市场发展空间有限的背景下，三维协同设计还可能帮助中南院扩展业务领域和范围。

平江抽水蓄能电站设总文学军解释说，中国水电设计领域经历了上个世纪水电大开发的黄金发展期后，受资源等因素的制约，发展空间已经比较有限。三维可视化协同设计一方面可以使得设计院能够为业主提供数字化移交，方便业主后续对电站的施工和维护，从而提高设计院本身的竞争力，另一方面三维可视化协同设计，以及更进一步的项目全生命周期管理，或许能为中南院这样的传统勘测设计院带来新的业务机会，即在为业主提供三维设计数据，以及在此基础上增值服务，如电厂的施工、运维等。

中南院还有一个扩展业务的思路，就是帮助已建电站的业主将原来的二维设计转化成三维设计。这样做的目的是给电站的运维提供数据基础，改变电站的运维模式。将电站的设计还原为三维设计后，电站相关的大量信息都可以存储在三维信息模型中。这样，业主就可以将多个电站的信息放在总部或者某个核心的城市进行远程集中维护，而只需在电厂现场保留少量员工即可，而不用像现在这样往地处边远的电站派驻大量员工。

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