虚拟建模技术介入水电工程设计

寂静天花板

305米的锦屏大坝是有史以来最高的混凝土拱坝，它与北京的最高建筑国贸大厦三期相当，远超世人皆知的美国胡佛水坝和中国三峡工程。这座竣工于2014年的庞然大物是一项复杂水力发电设施的主要组成部分，用于拦截近80亿立方米的滚滚江水，从而每年可以生产420亿度的电量，足够供应香港这种体量的大型城市。锦屏大坝位于中国西南部的雅砻江一段深邃险峻的峡谷中，这里是全世界水利资源最富集的地区之一。但即使是顶尖的水电专家也会对此望而生畏—陡峭险恶的地势环境、复杂莫测的地质条件，以及它们带来的在建设和施工管理上的难度都是前所未见的。这在很大程度上导致这项浩大的工程从提出设想到开始建造花去了近20年的时间。大坝最终耗费近600万立方米的混凝土，4,000多根锚索被打入地下用以稳固根基；周围及地下的山体当中，68条总长约12公里的洞室和7条17公里长的隧道俨然构成了一座庞杂至极的“迷宫”；从它数以百万计的设计图纸当中任意抽出一张，都会让绝大多数人感到头晕目眩。
  如果没有达索系统公司（Dassault Systèmes）的帮助，这座大坝可能还停留在想象里。这家来自于法国的3D模拟和产品生命周期管理（PLM）软件提供商十年前就开始进入中国的能源行业了。他们最先赢取的客户也是其后来密切的合作方正是中国电力建设集团（《财富》世界500强公司，2015年排名第253位）旗下的成都勘测设计研究院有限公司（CHIDI），它是全球规模最大的水电勘测设计企业，他们负责设计并监造了锦屏大坝。达索系统公司的总裁兼首席执行官钱伯纳（Bernard Charlès）说：“我一辈子都不会忘记第一次见面时他所说的话。”钱伯纳指的是成勘院的时任院长郑声安，后者因业绩显赫现已升任该集团设计总院院长。郑声安当时义正言辞地告诉钱伯纳：“我需要你能让我像设计飞机一样设计水电站。”（很多行业的产品设计所使用的工具和数字化程度仍然非常落后）钱伯纳当时心里默念：“这可真是个疯狂的计划。”

      事实上，钱伯纳和他所领导的达索系统公司一向是以“疯狂”著称。该公司曾经利用自己的3D软件，首次向全世界揭开了埃及胡夫金字塔是从内部开始建造的历史谜团。他们甚至为破解干旱地区的水匮乏问题提供了难以置信的方案—该公司成功模拟了用一两艘拖船借助洋流将南极的冰山移至非洲的办法，他们还为这个项目找到了真实的投资方。此外，该公司还耗资300万欧元完整地还原出了巴黎古城的原貌，并帮助詹姆斯·卡梅隆（James Cameron）将《阿凡达》搬上荧幕。
尽管成绩斐然，该公司的发展也达到了一个临界点。汽车和航空、航天业依然是购买该公司软件和服务最多的领域，并占据其九成市场。在巴黎证券交易所上市的达索系统公司常常遭到分析师和证券投资者的批评和抨击，称其业绩和财务过于保守，“毫无野心”。

      “我想如果公司换了别的首席执行官，达索系统的规模肯定比现在更大。”已经做了20年该公司首席执行官的钱伯纳当然有他所坚持的信条。在他看来，着眼长远更为重要。一家企业如果把精力分散到太多的项目当中，势必会削弱能力，最终还是会影响业务的增长(autodesk躺枪）。钱伯纳提醒说：“曾经一些比我们庞大得多的竞争对手就是这样消失的。”
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" w9 [( [2 O8 g. M- t: X4 k# s4 u   不过，这并不代表不能走出自己擅长的领域。他话锋一转：“但是我们做了。而且成功了。”钱伯纳从随身携带的iPad里翻出几张锦屏大坝的照片说，这是该公司第一次进入能源尤其是水电行业，“这是在中国的第一次，也是全世界的第一次。”他随后指出，进入新领域的关键是要把握住持续前进的节奏和平衡点—当然要保持创新和扩张，前提是公司在原有业务上保持增长。其实，如今的达索系统公司已经深入到12个迥然不同的行业里（即便分析师们认为他们可以做得更多），甚至包括生命科学和金融服务。
钱伯纳再次提起用3D软件描绘一座水电站到底有多难。他说，那可是数十公里的山脉、河流，庞大的地下厂房和数以万计的机器和零件，飞机和航空母舰作为体量最大、构造最复杂的机械产品与之相较也逊色不少。“这完全不是一个数量级的难度。”达索系统公司大中华区销售副总裁李智军经历了该公司与成勘院合作的全过程，他认为除了庞大的数据采集工作令人生畏以外，达索系统至少还需要迎接两个层面的巨大挑战：首先是其软件产品必须做出改进和重新测试、匹配，因为所描述的对象完全变了，这种数据结构发生的改变带来的影响甚至是革命性的；其次是业务层面，达索系统所面对的客户群体及专业知识是此前完全陌生的。设计和建造一个水电站可能涉及气候、水利、电力、地质、机械等超过40门专业学科，期间各部门的准确沟通和有效管理是成功的关键。后者提出的挑战可能更大，李智军说：“一开始，我根本听不懂对方在说什么。”
在与成勘院合作之初，李智军一边带领团队投入极大精力自学，一边招募专业人士加入其中。他们数十次拜访客户，与其不断沟通交流。“必须让对方的核心技术人员介入其中并用自己的专业精神获取他们的信任。”这是李智军从中悟到的心得，他说只有这样，对方才能说出那些不轻易讲的奥秘—他们是为数不多但深知行业痛点的人。这些难得的经验会让你少走弯路，更重要的是，它可以帮助检验和改进达索系统的软件，进而实现创新。为了达到这个目的，李智军的团队花去了近两年的时间。他说：“这不是简单的买卖关系。我们的目的是借助他们的经验，共同完成他们之前完成不了的工作。”

      另一些困难可能关乎整个项目的成败，尤其是触及到客户敏感地带的时候。达索系统公司最初为成勘院提供了一款名为ENOVIA的项目协同管理软件，这是一个涵盖开发者、合作伙伴以及客户的综合在线开发平台，涉及项目的节点管控、资源的投入、战略采购、供应商协作、风险和产出的监测。这可能意味着客户公司管理制度的一次大变革。例如，该软件基于最大程度地提升效率，导致客户公司原有的一些部门职能将发生变化，个别部门可能会被合并甚至是消失；另一方面，这种平台化、共享化的技术手段致使公司管理变得更为透明。在现实当中，这往往是公司改革最大的阻力。尤其是在中国，一些国有公司的管理体制完全是一个密不透风的“黑盒子”。“这时，你需要客户公司最高领导层的坚定认可。因为只有他们能够推动这件事情向正确的方向发展。”李智军说，幸运的是成勘院尤其是郑声安是一位愿意处理棘手问题的改革者。李智军认为，人在社会中也是呈正态分布的，真正具有创新精神者至多占5%。“达索系统的合作伙伴大多都是这样的人。”他补充说道。
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  e* ?! M+ ~4 Y      “总会有那么一个困难的时刻。”达索系统亚太地区及全球直销渠道执行副总裁罗熙文（Sylvain Laurent）说，关键不在于遇到的困难，而在于通过这个困难最后能够获得的科技创新。除了ENOVIA的应用，成勘院还将达索系统的著名三维设计软件CATIA投入到其在建和设计中的所有水电站项目。这在减少设计错误的同时，使其最大限度地降低时间和成本的浪费。“我们能通过3D技术构建一个虚拟世界。”达索系统公司大中华区总裁王皓峰说道。这样做并不是要用虚拟代替现实，其目的是“优化”—通过在虚拟世界的不断尝试，找出现实世界的最佳捷径。郑声安在一次采访中曾经说道：“已经无法计算达索系统的软件为我们节省了多少成本，但如果没有当初的合作，成勘院一定达不到今天的高度。”此外，成勘院甚至还应用达索系统的3DVIA Composer制作自己的三维出版物。
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      两方的合作渐入佳境。在出色完成锦屏大坝项目之后，成勘院与达索系统不断攻城略地，他们共同为二滩、溪洛渡、向家坝等世界级特大型水电工程提供了设计解决方案。在达索系统的帮助下，成勘院如今的技术能力让曾经对其嗤之以鼻的竞争对手都刮目相看。他们在最近几年的国际招标当中，多次击败了来自于俄罗斯甚至是欧美的强大对手。2012年，达索系统与成勘院成为全球合作伙伴，并联合创建了一座服务于水电行业的工程数字化创新中心。该中心位于成都，双方均投入全职研发人员。其共同改进产生的水电数字化解决方案将被推向全球。
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      这对于达索系统公司而言意义非凡。五年以前，中国企业对达索系统的认识还仅仅停留在这是一家售卖软件的公司，甚至认为其软件炫酷花哨，但并非实用。同时，对于这些企业主而言，购买这类软件意味着一笔不菲的花费，至多只是一件锦上添花的事情。比如中国的建筑行业，众多的建筑设计师们尚习惯用二维软件去绘制成卷的图纸；更不用提封闭落后的能源行业，他们一度对此态度冰冷。
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: I* l! j) Y- K  j  E      达索系统在中国能源行业的作为为其推开了一堵沉重的闸门。与此同时，他们在建筑行业的尝试也已经走向成熟。同样是在2012年，达索系统宣布与中国最著名的公共工程公司之一—上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司（SMEDI）共同在上海建立研发中心，为桥梁道路、轨道交通、给水和污水处理设施等领域提供基于达索系统3D体验平台的数字化解决方案。树立在中国南方江西省境内的一座名为赣江二桥的新型桥梁是双方合作的最新范例。用不了多久，你可能就会在中国诸多的知名建筑中发现达索系统的身影。
8 U5 V7 @. _. H1 M( B两年前，该公司面世的“3D体验平台”（3D EXPERIENCE）服务再一次改写了制造业的历史。它让设计变得简单而有趣，并且能够使用户提前体验尚未投入制造的产品。与此同时，从上海世博会的虚拟展馆到北京鸟巢体育场的建设，从和谐号高速列车到C919大飞机项目，达索系统在中国已经显得无处不在。
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( W& ^0 |( a0 `3 A. E      长期以来，达索系统一直是创新的同义词。它采取了各种措施，鼓励开拓性的思维。Google允许工程师每周抽出一天时间来探索自己的想法，达索系统则允许公司的研究人员利用全部时间做同样的事情。钱伯纳在公司内部推行一项名为“创新激情”的公益企业计划，使其尖端的3D技术能够为历史学家、考古学家、研究人员和各种发明人员所用，通过3D的仿真、建模以及在虚拟三维世界中的验证，去解决或探索目前人类所面临的一些问题，或者将某个领域的研究推向新高度。上面提到的“胡夫金字塔揭秘”、“Ice Dream”（冰山梦）和“数字巴黎”均诞生于此。他们最新的项目是通过对细小的癌细胞建模，逐渐发现了其在人体内扩张增生的规律曲线，这或许会成为该公司历史上最惊人的成就。
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; B# N( ]" ?& V. B7 [* J      “疯狂的人改变了世界。”钱伯纳开始滔滔不绝地谈论最近正在阅读的斯蒂芬·茨威格（Stefan Zweig）所写的《麦哲伦航海纪》。他最感兴趣的是，麦哲伦离开港口之后，他的脑子里在想什么—“他难道不担心哪天从地球的边缘掉下去，那时候人们还不知道地心引力。”钱伯纳最后说，如果未来要写一本书，他会把与成勘院一起挑战锦屏大坝的故事写进去。
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