浅议三维协同设计的应用现状和发展趋势

浅议三维协同设计的应用现状和发展趋势

发表时间：2019-04-23T16:22:37.813Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第36期作者：张岂豪

[导读] 本文结合三维设计技术的特点，对其在设计工作中的应用予以阐述，并揭示其发展趋势。

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摘要：伴随着信息技术的高速发展，三维设计技术逐步趋于成熟，在设计工作中三维设计技术起到了很好的辅助作用，对于设计工作起到极大的辅助与推动作用。本文结合三维设计技术的特点，对其在设计工作中的应用予以阐述，并揭示其发展趋势。

关键词：三维设计；应用现状；发展趋势

近年来，随着信息技术不断地更迭发展，出现了一大批新手段新技术，三维协同设计技术作为建筑行业信息化的必要手段，在国家大力推行下得到了长足的发展。三维协同设计技术是指通过计算机中的三维协同设计软件，以三维模型的方式将项目设计成果展示出来，精确地三维模型可以为工程建设提供管理依据和工具，将极大地提升项目的效率与质量，缩短工程建设周期，为业主提供了更直观的最终效果，同时还可以降低了设计变更率，有效提高了设计和施工工作的效率，从根本上改变了手工绘图和CAD制图带来的弊端。目前，三维协同设计技术已广泛应用于工程设计领域，具有不可替代的作用。

1 三维协同设计技术的优势

1.1 与人的思维过程保持一致

构思和表达是设计师心目中最关心的地方。他们构想中的方案计图是具体的。因此，将设计成果通过三维模型变现出来，这就是最理想的表达方式。让工程师设计师专注于方案本身的设计是工程师的更大便利，而不用考虑如何通过二维的图纸来表达心中的三维模型。通过三维模型生成规范严谨的施工图，直观易懂，极大地促进了设计师与各方的沟通。

1.2 缩短了设计周期

二维设计中经常会遇到异型复杂结构的表达问题，通过三维设计技术可以快速建立复杂形状的构件。经过设计软件提供的三维建模功能，通过基本体参数化创建、融合及扣减，可迅速表达设计师的设计意图，大大减少了设计工作量，缩短了设计周期的三分之一，提高了设计和绘图效率。当使用三维协同设计系统进行新的项目设计时，通过载入以前做好的三维构件，通过修改一些设计参数，可迅速生成新的设计构件，使得设计效率提高三至五倍。同时，三维协同设计系统可以继承以前的设计成果，在短时间内修改可以得到新的设计方案[1]。

1.3 方便了构件设计与修改工作

在三维协同设计中，设计者能够在装配环境中设计新构件。设计者可以根据装配环境中的构件的实际形状来设计需要直接和快速学习的部件。如果构件的设计是错误的，另外，设计者还可以使用相邻构件的位置和形状来设计新构件，这既方便又快捷，也保证了新构件与相邻构件之间的精确协调。避免单个设计部件中导致装配故障的错误。

1.4 可对重要构件进行有限元分析与优化设计

关于受力和造型外型系数，可以确保构件工作的可靠性。在三维协同设计系统中，该问题可以很好地解决。通过有限元分析软件将三维建模数据的参数输入系统，自动生成有限元网格，进行形状优化、振动分析、热应力耦合分析和应力变形分析。同时，可以比较不同的设计方案，直到形成经济实用节能的方案。作为一种理想的设计，三维协同设计系统的这一功能大大提高了设计工作的效率，降低了设计成本，产品和工程的安全可靠性得到了极大地提高，进而提高了设计工作的水平。

2 三维协同设计技术在设计中的应用

2.1 构件的实体建模

三维协同设计系统能够实现三种建模模式：线框模型、曲面模型和实体模型。三维协同设计系统本身为设计人员提供了最基本的几个系统：长方体、圆柱体、圆台、圆柱体、放线拉伸体、旋转融合体等，这些基本构建可以通过多种组合或扣减操作，实现一些简单的构件的建模。通过对基本体进行三维实体造型，通过求交、并、差等操作，即可创建构件的三维实体模型。在复杂构件的情况下，构件截面轮廓可以首先在二维几何图元中构造，而不直接分解为基体，然后通过在三维实体模型中拉伸或旋转得到新的"基本体"，从而获得所需构件的三维实体造型。

2.2 新零部件设计检查

三维协同设计系统可以对新构件进行模拟和试验，并进行受力分析。在保证构件的稳定性和正常应用的前提下，节省材料、节约成本，提高设计的设计效率和可靠性。

3 三维协同设计技术未来发展趋势

3.1 实现图形交互

触摸屏技术领域硬件在近几年得到了极大的发展，硬件的发展将与三维协同设计技术的发展相结合，带来了更加灵活多样的设计方式。通过鼠标、键盘或触摸手势等动作，可以轻松实现各种形状的构件设计，从而实现工程师对项目的设计。新的技术给设计师提供了新的设计平台，让设计师可以根据自身喜好，选择更适合自己的设计方式，激发设计灵感，优化设计方案，缩短设计周期。

3.2 智能三维协同设计技术

信息技术发展其中一项重要的方向是智能化，智能化的三维协同设计技术必然是未来设计技术发展趋势，将现有的知识、信息、建立成完整的知识库，为设计师有针对性地提供项目设计所需的知识和帮助，通过捕捉和匹配设计师的意图，自动发现设计中的错误，并且通过知识库提出修改建议等等。此外新的技术还将具备推理的功能，刚参加工作的设计新人也可以做出好的设计。创新设计是现代化设计的关键核心。人们正在尝试在3D设计技术中融入创新技术和人工智能技术，再次基础上建立智能设计和智能制造。该系统创造性地解决了新项目和新系统的设计和安装，以使我们的工程和系统具有创造性[3]。

3.3 虚拟现实技术

目前，三维协同设计中已广泛应用到了虚拟现实技术。设计师可以在虚拟环境中设计新项目。他们可以从通过科穿戴式的视听设备检

查设计的效果，直接操纵手柄控制虚拟对象，检查设计成果在使用中是否舒适方便，可以提前发现项目结构空间布局的干扰和管道设计及操作空间的碰撞，尽早体验新设计成果的运行情况。从多方面评价设计成果。建立构件虚拟原理或虚拟原型的过程称之为虚拟构件建模。基于虚拟样机进行了实验仿真分析。可以在实际项目建造之前找到隐藏的问题并解决，从而降低后期改造的成本。虚拟建造、智慧工厂和动态企业将是未来新时代三维协同设计技术发展的重要方向。

4结论

总之，三维协同设计技术作为设计任务的重要辅助设计工具，为用户提供了更多的便利，极大地丰富了设计工作内容。随着信息化新技术的推广，目前已经在各行各业中得到了广泛的应用，促使各行各业的设计水平得到了整体提高，并且降低了生产设计成本，满足了国家对设计质量提出的要求。因此，我们还要共同努力，实现未来三维协同设计更加广泛的应用。

参考文献

[1]王守中.浅谈三维协同设计[J].勘察设计，2011（4）：48-50.

[2]朱春田.石油化工多专业三维协同设计与设计模式变革[J].石油化工设计，2006（23）：13-16．

[3]杨桃，陈守强，康博等.三维设计中的设计思想与意图体现[J].现代制造工程，2010（33）：77-80．

作者简介

张岂豪，男，汉，1991年4月生，山东临沂人，本科学士学位，助理工程师，主要从事建筑给排水设计等方面工作与研究。