（建筑给排水工程）减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日成果申报材料小组名称：倒虹吸设计QC小组二〇一二年三月目录12455679一、小组概况表1-1 小组概况表二、背景介绍南水北调中线一期工程从丹江口水库到北京1277km,其中长江勘测规划设计研究有限责任公司承担陶岔至鲁山段约215km勘测设计，其中排水倒虹吸共有80座。

总干渠要求2014年全线通水，为满足现场施工要求，南水北调中线建管局（业主）要求2011年7月底前完成总干渠陶岔至鲁山段全部排水倒虹吸的施工详图设计。

图2-1 南水北调中线干线工程路线图陶岔至鲁山段排水倒虹吸见表2-1.表2-1 陶岔至鲁山段排水倒虹吸表三、选题理由图3-1 选题理由四、活动计划表4-1 活动计划与实施表五、现状调查小组对本公司排水倒虹吸施工详图的设计定额工日进行了统计分析，如下表5－1。

表5-1 排水倒虹吸施工详图设计定额工日统计表根据各设计内容所需定额工日统计结果绘制排列图如图5－1。

图5-1 排水倒虹吸施工详图设计额定工日排列图从排列图中看出：“绘制水工CAD结构图”、“绘制水工CAD钢筋图”占倒虹吸施工详图设计工日的73.3%为了满足业主对80座倒虹吸施工详图设计必须在7个月内完成的工期要求，同时结合公司人力资源现状，安排10名设计人员在7个月内完成80座倒虹吸施工详图设计，平均一座倒虹吸要求的工日：目前设计能力为每座倒虹吸实耗工日45。

因此目标值设定为：将平均一座排水倒虹吸的施工详图设计工日从45减少到26。

图6-1 目标值设定根据现状调查统计，“绘制水工CAD结构图”、“绘制水工CAD钢筋图”耗费工日多是本课题症结所在，小组决定从提高CAD结构图和钢筋图的设计效率入手，实现目标。

七、原因分析小组成员分析了“绘制水工CAD结构图”、“绘制水工CAD配筋图”耗费工日多这2个主要问题，找出了耗费工日的的原因，绘制原因分析关联图如下图7－1。

图7-1 原因分析关联图表8-1 末端因素1确认表表8-5 末端因素5确认表表8-6 末端因素6确认表表8-7 末端因素7确认表“要因确认”结果如下图8-1。

图8-1 要因确认结果九、制定对策要因确认后，针对两个主要原因，分别制定了两个不同的对策方案，通过深入分析综合评估，选定具体实施对策方案，对策方案确定表如下：表9-1 对策方案确定表小组成员按照“5W1H”的方法进行分析讨论，制定“减少排水倒虹吸施工详图设计工日对策表”如下：表9-2 减少排水倒虹吸施工详图设计工日对策表对策表目标设定依据为：目标1工日=绘制一座倒虹吸水工CAD结构图原工日×（一座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸设计实耗工日）=14×（26/45）=8目标2工日=绘制一座倒虹吸水工CAD钢筋图原工日×（一座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸设计实耗工日）=19×（26/45）=11十、对策实施实施一：建立倒虹吸基本元件三维参数化模板库针对“缺乏倒虹吸CAD绘图标准元件库”要因，小组引进了具有国际领先水平的三维设计软件CATIA，建立倒虹吸基本元件三维参数化模板库，根据三维结构模型自动生成二维CAD 结构图。

步骤一：对小组成员进行CATIA软件基本操作培训对小组成员进行CATIA软件基本操作培训，由王进丰负责。

表10-1 三维设计软件CATIA培训计划表为确保学习效果，对培训中的4项内容，组织CATIA软件操作考试，培训成绩如下：表10-2 三维设计软件CATIA操作考试成绩表图10-1 培训现场照片步骤二：采用CATIA三维参数化建模功能，建立倒虹吸各个基本设计单元的三维模板库此步骤由小组成员李小帅、张荣负责，建库时间从2011年1月11日到2月10日，共31天，与计划完成时间一致。

排水倒虹吸有80个，平均每个约有10多个结构分缝段，根据倒虹吸结构特点，分为挡墙、进口段、管身平段、管身斜弧平段、出口段等，归纳其基本元件的种类个数共127个。

由于种类过多，出现模型实现工作量大、调用不方便的问题，给模型参数化和模型重用带来了技术难题。

根据倒虹吸结构特点，小组成员对倒虹吸基本元件的种类进一步抽象与归并，达到一个模板包含多个种类的效果。

以下以倒虹吸进口段三维参数化模板为例，建立过程如下：①提取排水倒虹吸进口段结构设计参数分析排水倒虹吸进口段结构的设计特点，提取倒虹吸进口段结构尺寸设计参数, 见图10-2。

图10-2倒虹吸进口段结构设计参数②种类归并，建立模板通过对倒虹吸进口段的体型种类进一步抽象与归并，采用CATIA软件的“阵列”与“规则”功能，将倒虹吸进口段的“一洞”，“二洞” ...“多洞”的体型种类规并为一个类型的模板，过程见图10-3、图10-4。

图10-3 用“阵列”功能将“二洞及以上”种类归并为一类图10-4 用“规则”功能将所有洞种类归并成一个模板③建立模板库，方便调用把最终确定的各类三维参数化模板按结构分类添加到库中，见图10-5，小组成员只需要调用相应模板库中模型，设定或修改相关参数，即可生成该设计方案的三维结构模型。

图10-5 倒虹吸进口段三维参数化模板库步骤三：小组人员采用三维结构模型自动生成二维CAD结构图小组人员通过三维结构模型自动生成二维CAD结构图，并计算统计结构工程量，此步骤由黄少华、张菊红负责。

在CATIA软件中，小组人员从三维设计模板库直接调用三维参数化模板，通过修改设计参数，即可重新生成所需三维结构模型，如图10-6。

图10-6 倒虹吸三维结构模型在三维结构模型中可任意定义剖切面，自动生成二维CAD结构图，如图10-7。

图10-7 自动生成二维CAD结构图小组成员通过三维结构模型自动计算统计结构工程量，如图10-8。

图10-8 自动统计计算结构工程量小组成员于2011年2月11日到4月25日，完成了全部80座排水倒虹吸的三维结构模型，自动生成二维CAD结构图，自动统计计算结构工程量。

在小组全体成员的努力下，如期完成了三维设计软件CATIA软件的引进与消化应用，并建立了排水倒虹吸各种类型建筑物元件的三维参数化模板库，利用软件自动生成水工二维CAD结构图和自动统计结构工程量。

对于平均一座排水倒虹吸的结构设计，实施对策前后工日对比如下表：表10-3 实施对策前后结构设计工日对比表实施二：利用水工三维配筋软件自动生成二维CAD钢筋图针对“设计软件不能自动生成二维CAD钢筋图”要因，利用我院自主研发的水工建筑物三维配筋软件自动生成水工二维CAD钢筋图。

步骤一：对设计人员进行水工三维配筋软件操作培训对小组成员进行三维配筋软件基本操作培训，由杨新军负责。

表10-4 三维配筋软件培训计划表为确保学习效果，对培训中的3项内容，组织三维配筋软件操作考试，培训成绩如下：表10-5 三维配筋软件操作考试成绩表图10-10 培训现场照片步骤二将CATIA建立的倒虹吸三维结构模型导入到三维配筋软件对两种软件的数据格式与转换结果进行试验，此步骤由黄艳芳负责。

图10-11 三维结构模型导入三维配筋软件表10-6 中间转换数据格式对比分析表研究CATIA三维结构模型导入到三维配筋模型时间为2011年3月11日到3月16 日。

步骤三利用三维配筋软件进行配筋设计在三维配筋软件中，输入配筋方案和规则（如图10-12）后，软件自动生成三维配筋模型（如图10-13）。

此步骤由黄少华、陈敏负责。

图10-12 三维配筋软件中输入配筋方案与规则图10-13倒虹吸三维配筋模型在三维配筋模型中，定义剖切面，自动生成二维CAD钢筋图，自动统计输出面筋、箍筋、折线形面筋、角筋、扇形筋等钢筋量（如图10-14）。

图10-14 自动生成二维CAD钢筋图与自动统计钢筋量在工程结构与配筋设计中，经常会出现错、漏、碰等问题。

小组利用三维结构与配筋模型，非常直观地对设计成果进行三维校核，如下图10-15。

图10-15倒虹吸三维设计校核小组成员于2011年3月17日到7月15日，完成了全部80座排水倒虹吸的三维配筋模型，自动生成二维CAD钢筋图，自动统计输出钢筋量。

在小组全体成员的努力下，如期完成了三维配筋软件应用于“绘制水工CAD钢筋图”、“统计计算钢筋工程量”、“设计校核”等工作。

对于一座排水倒虹吸的配筋设计，前后工日对比如下表10-7。

表10-7 实施对策前后配筋设计工作日对比表十一、检查效果实施对策前后工日统计表如下表11－1。

表11-1 实施对策前后各步骤工日统计表图11-1 活动前后工日比较采用三维设计手段后，在南水北调中线一期工程项目中通过解决“绘制水工CAD结构图”、“绘制水工CAD钢筋图”耗工日多这2个主要问题，共生成了960张水工CAD结构图，1600张水工CAD钢筋图，圆满完成设计任务。

形成了排水倒虹吸结构与配筋三维设计流程，如下图11－2。

图11-2 排水倒虹吸结构与配筋三维设计流程通过对排水倒虹吸结构与配筋三维设计流程与以往设计流程比较。

得出三维设计的优势：➢三维设计可自动生成工程CAD结构图和钢筋图，自动计算统计结构和钢筋工程量，利用软件代替了人工劳动，提高了设计效率；➢三维设计形象直观，可自动检查设计中的错、漏、碰问题，减少设计错误，提高设计质量；➢固化设计流程，形成标准，在工作中推广应用。

节省人工成本：采用三维设计手段后，平均一座倒虹吸施工详图设计工日减少了20.5，80座倒虹吸共节省1640工日。

减去“建立倒虹吸三维参数化模型模板库”及各种培训消耗200工日，共节省了1440工日，按我院人均产值1167元/工日计算：1167元/工日×1440工日= 168万元节省施工成本：在不考虑施工误差的情况下，可以完全消除现场结构与钢筋施工的错、漏、碰问题，减少现场返工，一座倒虹吸施工可节省工期约5天。

按国内混凝土钢筋施工费用每天0.4万元计算, 80座倒虹吸可节省施工成本:0.4万元/天×5天×80=160万元成本投入：购买CATIA三维设计软件费用50万元，培训、调研及其他费用5万元。

总投入：55万元总经济效益:168+160－55（投入成本）＝273万元图11-4 排水倒虹吸施工现场照片十二、巩固措施与推广应用巩固措施：通过此次QC活动，我院专业设计人员对三维设计技术应用于水工建筑物结构与配筋设计产生了浓厚的兴趣，有了信心。

为了巩固此次活动成果，我们对此次QC小组活动进行了总结：（1）编制了《调水工程建筑物三维设计使用手册》；（2）编制了《CATIA三维设计软件培训手册》；（3）编写了长江勘测规划设计研究院企业标准《三维设计文件编码规范》。

图12-1 编制的软件使用手册、培训手册和编码规范推广应用此次QC活动的成果具有极好的推广应用价值，见图12-2，此后，我们又进行了南水北调中线一期工程陶岔至鲁山段排水分水闸的施工详图三维设计，见图12-3和表12-1。