[转帖]工程设计信息集成系统

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作者：史小恒(中国电力工程顾问集团公司)

一、电力设计行业CAD应用历程回顾
电力设计行业计算机辅助设计已经走过了20年。回顾20年来电力设计行业CAD发展历程，大致可以分为三个阶段：
1986年至1993年是CAD应用的起步阶段：在这一阶段，电力设计行业引进和应用了Calma 公司的CAD应用系统，在其上进行了二次开发，并自主开发了76个CAD应用软件，在电力设计中初步应用。到90年代初期，电力设计行业的CAD出图率达到了27%。在此期间，原电规总院组织编写了《电力工程计算机辅助设计技术规定》，为后来的电力设计行业CAD应用和发展奠定了基础。
1993年至1998年是二维CAD应用的普及阶段：这一阶段，由于多种原因使得电力设计行业逐渐淘汰了Calma系统，转向基于windows平台下的CAD通用软件，并在设计制图方面全面普及应用，到90年代后期基本实现了人手一台微机和100%CAD制图。此间，原电规总院组织行业在AUTOCAD平台上开发了29个应用软件，并投资200多万元人民币，与东大阿尔派集团合作开发了三维电厂设计系统AUTOPDS。同时组织编制了《电力工程计算机辅助设计成品校审及归档管理规定》和《火力发电厂主厂房三维模型设计规定》，使ＣＡＤ应用进一步规范化。
1998年至2005年是二维CAD全面应用和三维CAD工程实用化阶段，这一阶段以电力设计行业引进PDS作为标志：一方面，二维CAD软件得到全面应用，各单位通过CAD图纸的积累和复制，大大提高了设计效率；另一方面，各单位结合实际工程对三维CAD软件进行定制开发、构建标准数据库和模型库，并尝试在主厂房布置设计中应用三维CAD软件。此时的三维设计主要应用在工程设计前期，以碰撞检查为主，兼带绘制部分管道轴测图，不少工程在设计投标中进行了电厂三维漫游。
到2004年，各单位三维CAD研究达到了工程实用化程度。此时，各单位在三维CAD方面的认知趋于成熟和理性。在发电工程施工图设计阶段，各单位以满足施工图阶段深度要求的主厂房布置设计为重点，以三维设计二维出图为目的，依托机务专业，逐步将三维软件引入到实际工程中应用。三维CAD成为了机务专业的主要设计工具。
在此阶段，各单位还结合三维设计，固化应用经验，编制了具有实用价值的三维设计应用规范，如省电力设计院协作组编写了“流程化设计模式管理规定”，顾问集团公司编制了“火力发电厂三维设计技术导则”。
经过年三个阶段的发展，电力设计行业在CAD方面的探索与应用初见成效：设计效率和质量都有了大幅度的提高。年来，各单位采用二维和三维CAD软件，使设计工效平均提高近30%，机务专业三分之一以上的施工图纸可以通过三维设计绘制出来；通过三维模型的碰撞检查，施工现场错、漏、碰、缺等设计差错减少了20%；CAD软件和工程计算软件还为精细设计和优化设计创造了条件，各单位采用信息手段，优化工程设计方案，普遍使工程造价降低了5~10%。
二、与国外同类企业的差距
电力设计行业经过年信息化建设和CAD应用，在计算机装备上已经达到了国际水平，在CAD平台上也已达到国际水准，设计效率和设计质量都有了较大程度的提高。尽管如此，在整体水平上，我们与国外先进咨询企业和工程公司还有相当的差距。
以国际工程新闻纪录（ENR）2004年世界工程设计200强为例，排名第8位的Bechtel公司拥有雇员40,000人，设计收入16.85亿美元，人均年产值4.2万美元，排名第31位的BV公司拥有雇员7000人，设计收入6.868亿美元，人均年产值9.8万美元，排名第85位的S&L公司，拥有雇员1900人，设计收入2.436亿美元，人均年产值12.8万美元。顾问集团公司系统拥有雇员7858人，设计收入2.74亿美元，人均年产值3.5万美元，ENR排名第155位；其人均年产值分别是Bechtel/BV/S&L的83%/35%/27%。
看到以上统计数字，我们不禁要提出这样的疑问：既然设计工具已经达到国际先进水平，为何设计效率仍有如此大的差距？
应该说年间我们在从手工设计转向计算机辅助设计的设计工具升级中，已经获得了极大的收益，但是工具升级给设计带来的革命性的变化对于我们实际上还没有真正到来。
电力设计行业常把设计工具比喻成设计单位的武器系统。对比真正的武器系统，近年来信息技术给军事领域带来的变化可谓是革命性的。以信息技术为主要特征的新军事变革，不但使武器装备出现了以信息技术为支撑和依托，追求物质、能量、信息三大要素整合的跨越式发展；同时也使作战方式和作战理论发生根本性变化：形成了立体协同的一体化战法和快速、精确、机动的作战模式；军事组织结构走向扁平化、网络化的全新构架。从近几年的战例看，信息化为新军事变革带来了军事理论、武器装备、作战方式、指挥体系、组织体制、后勤保障、军事教育诸方面的系统性的变化。
美国陆军军事学院约翰逊博士说：“如果你有机会到葛底斯堡，你可以站在葛底斯堡的高处，俯瞰这个古战场：1863年美国内战时曾有万人在这里战斗；今天我们大约只用150人就可以控制整个区域；到2025年我们将只需10个人。这就是我们在谈论的军事变革！”
总参谋长梁光烈上将在为《世界新军事变革》丛书作序中写道：“在推进军事变革的创新实践中，应对世界军事各个领域包括武器装备、组织体制、军事理论、军事训练、后勤保障和作战方式等一系列方面的革命性变化，进行系统深入地研究和分析，否则就不可能懂得为什么信息化成为新军事变革的本质规定性，也不可能知道怎样才能建设信息化军队、打赢信息化战争，就有可能眼睁睁地看着战略机遇期擦肩而去，形成与发达国家军事发展又一轮的时代差。”
信息化为军事领域带来的系统性变革，给电力设计行业的设计技术变革带来这样的启示：简单依靠改变设计工具本身，并不能充分发挥信息技术的优势，给设计带来革命性的变化。在设计工具改变过程中，应当周密、系统地思考整个设计过程，按照设计信息快速流动和使用的要求，规划好设计工具的用法，对设计工具进行一体化和数据集成的整合，按信息的流动重组设计工序，依照信息加工使用的特点重新进行设计分工，构造多能和协同的设计组织，实现设计指挥和管理的扁平化和网络化，这样才能在设计过程中充分发挥信息化的优势，进一步提高设计效率，实现设计技术的革命。
围绕信息技术应用对设计过程进行系统性地思考和变革，正是我们与国外同类企业的真正差距所在。
三、未来五年在CAD应用方面的思路
基于上述的认识，从信息层面具体地分析发电设计过程：以发电工程施工图设计阶段为例，整个阶段成品图纸886册、15905张（本），设计定额工日53069个工日，其中用于设计制图的定额工日27321个工日，仅占全部定额工日的51.5％；整个阶段各专业提出内部设计配合资料268份，其中布置类资料149份、设计参数类资料67份、文字类资料52份，比例分别是56％、25％、19％。通过以上统计数据可以明确地判断：发电工程设计近一半的工作是设计配合，而通过协同布置和数据传递可以完成81％的内部配合工作。如果通过三维协同设计完成布置配合、通过CAD软件间的数据传递实现设计参数的配合；如果这种设计配合借助三维软件、数据库和软件间的接口程序等信息化手段可以减少％的实耗工日，我们的设计效率将会再有10％的提升空间。
实际上前面提到的S＆L公司正是如此而为的。S＆L公司90年代初期构建了自己的设计集成系统——Plades 2000，该系统通过三维模型及数据库，实现了设计的协同和数据的集成，会同该公司的流程重组，其设计工期减少了40％，设计差错不到3％，所设计的电厂材料节省15％。
按照这一思路，“十一五”期间顾问集团公司所属电力设计院，将以建设“网络为支撑，二三维设计软件和分析计算软件为基础，项目管理为主线，综合勘察、设计、管理一体化设计集成系统”为目标，开展设计院的信息化建设，力图通过信息技术手段实现设计过程的纵横向数据贯通和设计的协同；同时，我们还将按照设计信息加工、流动和使用的特点，研究适应设计集成系统的设计工序、专业分工、设计成品组卷方式、相应的定额工日、人员考核激励方式等，以创新思维对设计流程进行重组，争取在“十一五”末实现发电设计技术的跨越式发展。