三维设计环境下的设计质量保证实践

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，、 d U ll lI学术维设计环境下的设计质量保证实践上海核工程研究设计院-严经星周焱摘 要三维设计是目前核电设计主流的设计方法。本文论述在三维设计环境下 ，如何利用三维设计的特点进行设计文件的质量控制。通过设计流程的优化、对模型和数据的控制、以及三维模型的综合、审查、自查和对出图模板的定制等方面来论述设计过程中的质量保证实践。最后指出三维设计环境下 ，项目管理对质量保证的重要l兰E，并讨论如何才能进-步提高质量保证能力。

1 前言近年来，随着我国核电事业的快速发展，核电设计的技术也在快速进步，三维设计已经成为目前核电行业主流的设计方法。三维设计的特点就是管道、设备、暖通、电气、结构等多专业协同建立三维模型，并通过巡视检查、模型间的碰撞检查等来优化设计，然后从模型中抽取出各种施工图及相应的清单和报表，最终完成各种设计文件。三维设计的应用，打破了过去二维图设计模式，使原来的设计思想、设计方法、设计流程、质量管理等都发生了-系列的变革。

如何在三维设计的条件下，充分考虑三维设计的特点进行设计质量保证控制是三维设计应用中必须解决的问题。本文结合工作实际，论述了在三维设计环境下我院所进行的质量保证实践。

2 三维设计环境下质量保证方法2.1三维设计流程的建立设计流程是过程质量控制的基赐依据 ，因此在三维设计环境下，要实现有效的质量控制，首先必须建立清晰的三维设计流程。三维设计流程的重塑对项目的开展、计划的实施、设计的控制、进度的控制等起到至关重要的作用，同时质量管理需要设计流程来表明整个项目的总体设计过程和管控方法。因此找到-个适合三维设计的流程和对应的组织管理结构和工作方法十分重要。

经过这些年的实践和总结，目前我院三维设计流程简要表示如图l。

根据图l设计总流程可以看出，设计过程的各个环节均为质量控制的环节，主要包括：数据输入、项目数据库、各专业模型、设计验证、施工设计图纸的质量控制等。

图 l 三维设计流程简图2.2质量保证组织的建立基于以上设计流程，院质量安全管理部、项目综合管理部、三维研发中心、各专业设计师和参与项目三维设计管理的全部人员都将是整个质量保证组织的成员，通过各自在质量保证方面的职责的执行形成有效的质量保证机制，从而实现对设计全过程进行质量控制。为此院对三维设计工作编制了24个管理细则。

2.3质量保证的实施过程我院充分利用独立开发的设计质量管理平台进行数据的传递，包括资料的互提、反劳设计文件的流转等，对三维设计过程进行有效的记录，具体的记录要求在三维设计有关管理细则进行了规定。

项 目准备阶段。三维研发中心负责搭建项目服务器和设计平台的搭建，然后进行测试。各专业向三维中心提交专业需求和用户清单，最后建立各专业的用户账号并发布。

项目数据库建立阶段。三维研发中心根据各专业提供的数据负责建立数据库并对项目数据库进行验证来确保所有数据的准确性，这也是所有专业建模的基赐保证，直接关系后续模型的正确与否。

各专业建淖段。土建、设备、管道、风管、桥架、支吊架等各专业建模完成以后对模型进行校审来保证设计的合理性，并提交模型确认单作为质量控制的记录。

设计综合阶段。项目管理部起着专业问协调的作用，组织设计专家评审会来综合各专业的设计解决各专业间的接口问题。同时项目组通过组织召开模型的碰撞检查会来消除碰撞，最终实现零碰撞实现设计的最优化，并提交模型审查单作为质量控制的记录。

设计验证分析阶段。设计人员从模型中抽取图纸通过设计质量管理平台提交设计分析人员设计验证，最终实现模型固化，达到出版施工图纸的条件。

院质量安全管理部对项 目设计过程进行质保监督、检查和抽查，并通过质量趋势的分析来为下-阶段的质量改进措施提供依据。质量趋势报告中的信息和数据能反映设计过程中具有代表性的质量信息。

2.4专业问的接口管理在三维模型中完成接口管理，要既不影响三维协作设计的优势，又能符合质量控制的要求。三维设计的接口关系基于模型，各专业在三维协同设计平台中完成建模。通过模型的调用形成专业间的虚拟接口，因此减少了相关专业采用文件形式提资的过程。最终通过会签的方式实现接口的确认。

3 三维设计环境下质量保证的要素传统质量管控方法由设计人员根据质保管理程序，通过编、校、审的方式对设计输入及设计输出进行控制，对设计过程相对难以控制。专业间和系统间管道布置的碰撞等很难检查，特别是公共区的布置，对于复杂系统管道的布置也难以保证质量。

随着三维设计工作的开展，新的设计工具与设计理念得到广泛应用，设计的核心内容由图纸文件转变为数据和存储数据信息的模型，建模成为工程设计的主要活动也是最重要的活动，施工图纸、清单表格等文件都是基于数据模型生成的。

因此原有的仅仅针对图纸文件的编校审质保流程已经无法满足三维设计的要求，必须对数据库、模型和图纸进行全方位的质量控制。图2显示三维设计环境下质量控制的要素。

图 2质量控制要素3.1数据库的质量控制各专业三维模型都是通过调用设计参考数据库中的元件数据建立完成的，元件参考数据库是三维设计的基础，其数据信息贯穿三维建模、图纸及材料报表生成、采购管理、施工管理甚至电厂运行管理的全过程。数据库质量控制流程见图3。

缝库挺资 -叫数据J聿倒建 数始阵测试数 降发布 - 夸 k确认 数姑库故1If图 3数据库质量控制流程三维设计技术是基于数据库与模型的技术，数据库的正确与否与各专业的提资 (数据库的设计输入)患息相关，应将主要的精力放在维护数据与模型的正确性上，对数据库、模型以及数据库输入数据进行有效的质量控制。

3.2 模型的质量控制根据三维设计的特点，设计过程中对模型的质量控制是重中之重〃淖段，参与的专业和人数最多。模型质量控制的流程建立如下图4。

趱 输入 -.I筹孽娩横脚 -.I投I， 蠢j盐 缘 H 完整牲确认H 槌 娩碰撞睦矗 -叫 幽矗确认 - 蹬 赣进- - - 堂苎 堡叫 堡翌 些图4模型质量控制流程中国机械 Machine China I69三 CaaerT1IC学术影响模型质量的要素很多，包括设计输入的正确与否，如供应商的设备或部件的外形图等，设计人员的能力，有效的项目和质量管理组织等。

模型的质量决定电厂工程设计的质量。模型质量控制的环节众多也相对复杂。从图4可以看出对模型的质量控制的方式包括 ：数据-致性检查(设计自查)、模型校审、模型完整性确认、设计综合、碰撞检查、模型审查、设计验证等控制环节。

3.2.1设计自查对模型质量影响最重要的环节是模型创建环节。编制人员的能力、责任意识等因素对模型的质量都会有很大的影响。因此建模环节的质量控制需要从人员的能力培养上和管理的严密性上双管齐下，确保这个环节的质量。目前我们从管理上确立的设计自查制度，各专业根据专业的特点确立设计自查的要素，如与设计输入的匹配性、数据-致性、依托项目现场改单、供应商资料完整性和准确性、模型完整性等自查。通过设计自查制度，使编制人员建立起良好的白查意识，并且保证了建淖段模型质量的提高。

3.2.2模型校审根据三维软件自身的功能，通过SPR(模型审查，软件自带功能)对模型进行编校审并实现电子批注，使对模型的校审意见能得到有效的记录。SPR标签里-般可写入人员姓名、校审时间、区域编号等信息。SPR的校审记录作为质量记录的-部分进行存档。项目组或子项应定期开展模型的设计审查会，组织各专业人员集中进行。校审人员使用SPR对模型进行校审，-般可包括设备的可接近性 (包括需要的装载/卸载)、足够的设备维护空间、操作空间、结构和支吊架设计的合理性、电缆桥架布置的合理性、仪表元件布置的合理性、管线布置的合理性、阀门的可接近性、是否存在碰撞等内容。

设计人员在设计工作中应进行 Et常设计审查，查看最新的 SPR模型以了解目前设计状态；校审人员应定期进行 日常设计审查，了解 设计状态及 进度，同时 能及时发现 设计 问题，与设计人员及时沟通。另外，我们还利用Navisworks软件实现多模型的校审功能，根据建模情况，以班组为单位，按系统或按房间、楼层进行模型审查。

3.2.3模型完整性确认各专业完成模型校审以后，对模型完整性进行确认，并填写模型确认单作为记录。

3.2.4设计综合之前的设计活动大多单专业进行，将设计综合的流程设定于此主要的目的在于理清设计的顺序。实际上，各专业建模过程中，根据各专业的需求，设计综合可以随时展开。APlOO0标准设计项目中设立了子项负责人的制度，在项目经理的授权下各子项负责人参与协调并组织各专业进行设计综合，对各专业的设计进行最优化组合。设计综合是设计过程中最重要的活动之-，全厂总I7O Machine China中国机械体布置设计的合理性，各专业建模过程中出现的碰撞和矛盾，均可在设计综合阶段解决。设计综合对子项负责人的要求也最高，需要对各专业的设计要求都能有基本的了解。实际上，在各专业设计活动开始前，必须确立各专业总体的布置设计指导原则，以便在各专业工作开始前就清楚专业间设计配合的原则。

设计综合相当于各专业间虚拟的接口。设计综合或设计协调的过程中对于问题解决的落实和控制，则通过记录会议纪要和会议行动项的形式督促专业人员解决问题。事实上，在设计过程中各专业人员也可以向项目管理部提出问题协调单，描述需要解决的问题，起到敦促项目组眷落实的作用。这也是APIO00标准设计过程中独创性的方式，对设计质量控制起到重要推动作用。

3.2.5碰撞检查设计综合完成后，三维研发中心将会不定期的发布碰撞检查报告，帮助设计人员消除专业内或专业问的碰撞问题。特别是-些软碰撞，无法在三维模型中直观体现的碰撞，如操作空间、维修空间的碰撞，更需要碰撞检查报告来辅助设计人员消除此类碰撞。最终实现零碰撞，并出具零碰撞检查报告作为记录。

3.2.6审查确认在实现零碰撞以后，各专业将对整个模型审查阶段的工作进行确认，包括模型的完整性、准确性、合理性，最后提交模型审查单。至此建模阶段的工作已经结束。模型审查单提交后应对模型进行版本控制，将有助于PDS模型的备份与恢复、设计成品文件的质量追溯。与设计文件-样，模型版本的控制是质量追溯的重要保证。

3.3成品文件的质量控制设计成品文件的质量控制模式与传统质量控制模式并无多大的差别。设计验证完成以后，从模型中抽取设计成品文件，然后完成文件的校审，成品文件的校审变得更为简单。成品文件必须注明参考模型的版本，用于质量的追溯。

采用三维设计工具后，大部分专业的图纸都基于三维模型及模型数据库生成，在出图阶段也有可能发现模型中数据的属性等存在问题，这时仍然需要返回修改模型。

为了保证成品文件的设计质量，同样实行设计自查制度。各专业制定设计自查的要素，最后编校审人员签字确认。设计自查制度能够有效帮助编制人员进行设计，也能有效的指导校审人员应该关注的校审要素，最终的目的是提高设计输出的质量。除了设计自查以外，我们加强对各类文件模板的制定，如输出格式、图面要求、技术要求等，这样能够有效的保证设计输出质量趋同。

3.4记录记录是三维设计过程中质量控制的重要环节，是质保监督和审查的依据，是质量追溯和反馈的路径。通过之前的内容可以发现三维设计过程中，记录的方式包括会议的纪要、会议的行动向、模型确认单、模型审查单、碰撞检查报告、校审单等多种质量记录的方式。

4 项目管理对质量保证的作用项目管理的目的是保证质量管理体系在项目中的有效运行，并合理调配各专业间的管理接口和资源，协调解决项目实施过程中遇到的问题，对项目设计进度、质量控制、接口控制、技术协调、文档控制等进行全面的过程控制和管理。在三维设计环境下，对项目管理提出了新的要求，其中编码管理、模型管理、活动项管理等成为项目管理的重要内容。

4.1编码管理保证数据编码的唯-性是三维设计的重要基础，因此编码管理对设计完整性有重要意义、也是质量保证的要求。项目管理对涉及模型的所有数据都制定相应的编码管理规则。为保证各个专业的建模工作能够有序进行，项目组对编码进行严格的控制，各专业提出编码的需求，有项目组对编码进行分配，从而保证编码的唯-性。

4.2活动项管理根据三维设计的流程，为了便于对设计过程的控制，采阮动项的管理模式，对每-个设计活动的过程都进行严格的控制。活动项的关闭则需各专业提供证明材料或表单作为依据，以此进行质量控制并作为记录，活动项直接保证了工程设计文件体系的完整性。同时活动项也是进度控制的重要抓手。

4.3三维模型管理三维模型管理是项目管理的重要组成部分，模型的质量直接决定成品文件的质量，因此应对模型的创建、模型的固化、模型的变更、模型的完整性等进行控制。其中主要包括三维模型文件创建管理、模型设计、模型审核、基于模型的出图、模型和数据文件归档管理、三维模型版本管理、三维模型变更管理等完整的三维模型管控模式。

5 结语我院经过这些年的三维设计实践和总结，建立了-套基于三维平台且适合我院工程设计发展的组织管理体系和工作方法，建立了符合三维设计要求的计划进度控制体系和适应数据和模型管理的三维设计的质量管理体系，理顺了各专业的分工与接口关系，实现了在三维设计环境下对数据、模型、接口、提资、活动项、编码、成品文件等进行全方位的质量控制。在实践中我们深刻体会到必须做到全员参与和设计流程的全过程控制才能确保三维设计的质量。

作者简介严经星 (1981.9-)，工程师，国家注册质量工程师 (中级)。现从事核岛厂房工艺系统布置设计工作。

周炎 (1981.11)，工程师，国家注册质量工程师(中级)。现从事核三废处理系统布置设计工作。