浅谈工程数字化与企业信息化

浅谈工程数字化与企业信息化

工程数字化是将工程的模拟量信息转变为计算机可以处理的数

字信息，从而实现计算机对工程资源的控制、运行和管理。随着各种数字化测量仪器、计算分析软件、三维建模软件、虚拟现实软件及管理系统的快速发展，工程数字化已实现从数字采集、工程设计、模拟仿真、运营管理等全生命周期的应用，显著地提高了工程设计、建造、施工及运营管理水平，更为生产手段信息化奠定了基础、加快了企业信息化建设步伐。

企业信息化就是挖掘先进的管理理念，应用先进的计算机网络技术去整合企业现有的生产、经营、建造、管理，及时地为企业的战术层、战略层、决策层“三层决策”系统提供准确而有效的数据信息，以便对需求做出迅速的反应，加强企业的核心竞争力。2l世纪是信息化时代，信息是项目的来源，是完成项目的条件，更是企业综合实力的源泉，拥有了信息就掌握了通向发展的高速路。工程数字化是企业战术层的信息化，属于生产手段信息化范畴，随着咨询行业的快速发展，国内设计企业展开了大规模研究和技术竞赛，工程数字化已成为一个企业先进技术实力的体现。同时工程数字化的发展给企业的软硬件配置、生产控制、技术管理、人力资源等提出了更高的要求，促进了企业信息化向高标准、多集成、大系统方向发展。

1、对工程数字化的理解

工程数字化是将工程的设计资料、设计过程、设计结果等复杂多变的信息转变为可以度量的数据，再将这些数据建立起适当的数字化模型，如数据库、函数关系、影音文件、三维模型等，通过数模转换机制把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部进行统一处理，成为计算机能够存取、计算和显示的信息。

工程数字化包括两个过程：(1)数字读取。主要利用测量、勘探、遥感等仪器实现对模拟量进行数据采集。根据模拟量特征，数字化对象可以分为三类，一是文献类，如图纸、书籍等，对这类对象一般采用手工录人或数字化仪等设备完成数字化。二是实物类，如设备、建筑工程等，这类对象通常采用测量仪器将其特征尺寸、颜色、材料等属性数字化。三是地形类，如工程地质、坡地面貌等，这类对象一般采用红外线、GPS、雷达等勘查设备对地质地形进行测量，形成地形

数据。(2)数字建模。数字化读取后将模拟量转变为一系列的数据，

这些数据一般没有任何属性定义，大部分是没法直接应用的。数字建模就是将这些数据用具有一定规律的模型表达出来同时以一定规则

存储在计算机内，与模型关联后这些数据就具有了相应的空间位置、大小、色彩等属性。由于数字化模型是通过数据来驱动的，故计算机可以对其进行读取、显示、运算等操作。根据模型的形态，数字化建模分为一维建模、二维建模、三维建模、四维建模和多维建模，模型维度越大，模型系统越复杂，所具有的功能就越强大。

一维建模形成了一维空间，单独的一维空间没有因果关系，只能表示一个沿直线发展的方向。在工程设计中，通常将工期、资金、人数等表示为一维模型，用来模拟某一个边界条件，如工期逐步的缩短、资金投入逐步增多等。一维模型只能表示一个因素的变化，很少被独立应用。

1.2 二维建模

二维模型的结果可以用一张平面图形来显示，两条及以上的线可以构成一个平面，理论上任何包含2个方向因素的对象都可以建立二维模型，二维模型描述了2个值之间相互约束的过程。

工程设计过程中二维建模最为常用，如各种统计曲线、二元方程等都属于二维数字化模型。解决因果变量关系的问题采用二维建模利用计算机求解，可以得到更加合理的结果。例如，在水电站设计中，对额定水头和年发电量建立二维模型，在多年月平均水头数据内选择多个水头值作为额定水头，分别计算各水头对应的年发电量，最后选择发电量最大时的水头作为额定水头。由于二维模型真实模拟了电站多年月运行情况，通过计算机循环计算累积年发电量，消除了加权平均值计算的片面性，避免了目前采用加权平均值的方法选择额定水头的各种弊端。二维建模为参数优化提供了条件，成倍地提高了方案比选的速度和精度，确保了方案的合理性和科学性。

三维模型是由3个不同方向的元素建立的，最常见的是X、Y、Z 3个坐标轴建立的三维模型。在水电工程中，由测绘专业将地质地形进行数字化读取，通过软件形成三维模型；土建专业在三维地形模型上进行三维建模；机电专业进行机电设备三维建模等。通过一系列流程完成了整个水电工程的三维建模，形成了计算机能够直接读取和运算、人工可以直接识别的三维模型。三维模型直观地显示了空间关系，且具有实际工程的外形、数量、性质、空间位置等全部的数字信息，利用该三维模型可以进行应力计算、稳定性分析、设备材料统计、碰撞检查等工作。

对三维模型进行渲染可以直接制作效果图及影音文件等，在三维模型上剖切可以生成对应的平面图形，作为施工图纸使用。由于三维建模提供了真实的空间关系，为多个专业之间协同设计创造了条件。

1.4 四维建模

三维的世界是静止的，当三维世界以时间为基准发生变化时，四维空间就产生了。如果把时间看作一根轴线，则这个轴线上的任意一个点，都是一个三维空间，也就是说无数个三维空间依据时间轴线集合，构成了四维空间。可见四维建模是在三维建模的基础上增加了时间这个元素，四维建模是模拟随着时间的变化三维模型在X、Y、Z 3个方向的空间变化情况。由此可见，四维建模模拟了不同时刻空间的

变化，在水电设计中可以利用四维建模技术模拟工程进度。例如，随着时间的变化，大坝浇筑的位置及混凝土量、机电设备安装流程等，从而实现进度控制和施工仿真。四维模型经过后期效果制作可实现动画、运动模拟、虚拟现实等场景。

1.5 多维建模

随着测量、自动控制、工程管理技术的提升，多维建模也日益发展，在四维建模的基础上又增加了其他的变化因素。如费用、机械设备、场地条件等。随着时间的变化，现场工程量逐步增多、投资逐步增加、机械设备、场地条件也发生变化，通过费用数学模型、机械设备数学模型、场地条件数学模型等模拟整个工程的建造，从而达到费用控制、设备调度等建设管理。

2、工程数字化的发展

工程数字化通过数字读取和数字建模两个过程将整个工程转变

为以数据为驱动的模型，利用计算机对该模型进行计算、应力分析、运动模拟、虚拟仿真等应用。机械行业从20世纪70年代就开始了工程数字化应用，火电行业从90年代也开始工程数字化研究，由于大

地质数字建模的技术存在困难及水电行业标准化程度低等原因，国内水电工程数字化技术远滞后于其他行业。步人2l世纪后，国内机械

制造、电力工程、石油化工等行业的信息化已达到一个很高的水平，利用计算机网络和通信技术实现了全球化、智能化的生产及管理过程。