减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日

1、减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日施工详图设计工日成果申报材料小组名称：倒虹吸设计 QC小组二0二年三月一、小组概况1二、背景介绍 2三、选题理由 4四、活动计划 5五、现状调查 5六、目标设定 7七、原因分析8八、要因确认9九、制定对策13十、对策实施14十一、检查效果 25十二、巩固措施与推广应用 28十三、总结及进一步打算 32、小组概况表1-1小组概况表小组名称倒虹吸设计QC小组课题名称减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日成立时间2011年1月课题注册时间2011年1月4日注册编号CQC-11-12活动时间2011年1月-2011年7月课题类型现场型活动次数11次

2、平均每次活动时间2小时集体活动出勤率100%辅导员肖会荣小组成员平均接受QC教育时间72小时小组成员序号姓名性别年龄文化程度职称组内职务组内职责133博士工程师组长组织实施249大学高级工程师组员技术指导330大学工程师组员三维设计432硕士工程师组员三维设计532硕士工程师组员三维设计632硕士工程师组员设计校核740硕士高级工程师组员技术指导840大学高级工程师组员三维设计二、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南水北调中线干线工程路线中线干環全怅1277公里，北（京石家庄郑州平顶山许昌陶岔至鲁山段明31任公司承担陶岔至鲁山段约 215

3、km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编号名称编号名称1张河排水倒虹吸41江河排水倒虹吸2尹铁洼北沟排水倒虹吸42湾街东北沟排水倒虹吸3大陂南沟排水倒虹吸43珍珠河排水倒虹吸4街北北沟排水倒虹吸44熊庄河排水倒虹吸5得子河排水倒虹吸45前肖庄西沟排水倒虹吸6下陂西沟排水倒虹吸46马岗东北沟排水倒虹吸7范北河排水倒虹吸47刘彦庄西南沟排水倒

4、虹吸8太山庙东沟排水倒虹吸48竹园西沟排水倒虹吸9育茂张南沟排水倒虹吸49大楼庄东北沟排水倒虹吸10大徐营西沟排水倒虹吸50王禹南沟排水倒虹吸11张林沟排水倒虹吸51齐庄南沟排水倒虹吸12苇子河排水倒虹吸52马道西北沟排水倒虹吸13小马河排水倒虹吸53孙庄西沟排水倒虹吸14灌渠河排水倒虹吸54核桃园河排水倒虹吸15北洼西沟排水倒虹吸55榆林西沟排水倒虹吸16北洼沟排水倒虹吸56温亮河排水倒虹吸17马庄沟排水倒虹吸57吴井西沟排水倒虹吸18西沙河排水倒虹吸58小周庄沟排水倒虹吸19中沙河排水倒虹吸59焦庄南沟排水倒虹吸20东沙河排水倒虹吸60杨武岗南沟排水倒虹吸21宋营西沟排水倒虹吸61三里河排

5、水倒虹吸22小刘营西沟排水倒虹吸62西寨沟排水倒虹吸23彭庄西沟排水倒虹吸63魏岗铺西沟排水倒虹吸24鲁杨庄西沟排水倒虹吸64吕楼北沟排水倒虹吸25小南河排水倒虹吸65柳庄北沟排水倒虹吸26大徐营南沟排水倒虹吸66牛头李沟排水倒虹吸27滚沟排水倒虹吸67代洼沟排水倒虹吸28三里河排水倒虹吸68三皇店西沟排水倒虹吸29落洼河排水倒虹吸69板厂东沟排水倒虹吸30温凉河排水倒虹吸70孟沟中点排水倒虹吸31司勇河排水倒虹吸71杨蛮庄南沟排水倒虹吸32乔庄南沟排水倒虹吸72丑河南支排水倒虹吸33蛮子寨南沟排水倒虹吸73山岔口南沟排水倒虹吸34龙王渠倒虹吸74丑河北支排水倒虹吸35黄渠河排水倒虹吸75孙沟

6、排水倒虹吸36大马营西北沟排水倒虹吸76蔡庄东沟排水倒虹吸37大马营东北沟排水倒虹吸77东盆窑东沟排水倒虹吸38大庄西北沟排水倒虹吸78叶庄沟排水倒虹吸39贾庄南沟排水倒虹吸79吴洼东沟排水倒虹吸40白条河东支排水倒虹吸80王庄沟排水倒虹吸三、选题理由图3-1选题理由四、活动计划表4-1活动计划与实施表计划线 实施线月1月2月341556671找 情 因亍、 制 集 周一N;行氏啊要 收aiw进綢稠的 消!個辦巒徒o 資二；居日归问、僂确係 1 箜 2 诂 3 , , 4 主 ，析析 相 出 况 分分 定二n标 目 定 确皿X 程。 创Q程动法 Q ,教活方 习南础解动 学指基了活 动 2年2

7、年总计人数9110调杳显示：90%勺设计人员CAD绘图软件使用年限 2年确认方法调查分析确认地点南阳设代处确认时间2011.1.5确认人张菊红、黄艳芳确认结果设计人员中大部分使用CAD绘图软件年限超过2 年 件，这不是制约设计工日的制约因素丰，能熟练操作CAD绘图软确认结论非要因表8-3末端因素3确认表末端因素3设计软件不能自动生成CAD钢筋图确认过程目前我院设计人员倒虹吸施工详图采用二维 CAD绘图软件设计，不能根 据倒虹吸配筋规则与方案自动生成二维 CAD钢筋图，只能一笔一画绘制。绘制一座倒虹吸二维 CAD钢筋图平均耗时19工日。确认方法调查分析确认地点南阳设代处确认时间2011.1.4确

8、认人杨新军、黄少华确认结果现有设计软件不能自动生成二维 CAD钢筋图，绘制二维CAD钢筋图耗费工日 多。确认结论要 因表8-4末端因素4确认表末端因素4设计人员缺乏倒虹吸结构与配筋设计知识和经验确认过程小组对10名设计人员的职称进行调查：职称教授级高工高工工程师助理工 程师总计人数045110调查显示：设计人员中90%具有工程师及以上职称。确认方法调查分析确认地点南阳设代处确认时间2011.1.5确认人黄少华、张荣确认结果设计人员中大部分具有倒虹吸结构与配筋设计知识和经验确认结论非要因表8-5末端因素5确认表末端因素5设计人员间沟通不及时确认过程设计人员都在现场集中办公 。确认方法现场调查确认

9、地点南阳设代处确认时间2011.1.4确认人李小帅、陈敏确认结果设计人员均在现场设计，沟通及时。确认结论非要因表8-6末端因素6确认表末端因素6水文、地质等资料不完整确认过程我院已在2010年底完成大部分渠段的水文水力学计算、地质勘测等基 础工作，只有南阳段等局部工程 2011年存在少量的地质勘测工作，水文、 地质勘测等基础资料的更新率w 2%。确认方法现场调查确认地点南阳设代处确认时间2011.1.6确认人张荣、黄艳芳确认结果我院前期的水文、地质勘测工作做的很扎实和全面，基础资料掌握较完整。确认结论非要因表8-7末端因素7确认表末端因素7缺乏快速修改CADffll的方法确认过程小组对以往倒虹

10、吸工程施工设计 CAD图修改工作消耗的工日进行统计：工程校核检查错误情况修改CAD图的工日深圳河治理黄贝 岭倒虹吸第一次检杳：13处3第二次检杳：3处1深圳河治理文锦 渡倒虹吸第一次检杳：11处2第二次检杳：2处1调查统计显示：修改一座倒虹吸施工设计 CAD图平均消耗约3.5个工日。确认方法调查分析确认地点南阳设代处确认时间2011.1.6确认人王进丰、李小帅确认结果修改CAD图消耗的平均工日比较少，即使找到快速修改的方法，对减少施工 详图设计工日影响较小。确认结论非要因“要因确认”结果如下图8-1缺乏倒虹吸CAD会图标准元件库设计人员CAD绘图软件操作不熟练设计软件不能自动生成 CAD钢冈筋

11、图设计知识和经验L - . 1*3x12个主要原因设计人员间沟通不及时水文、地质等资料不完整/ / /缺乏快速修改CAD图的方法设计人员缺乏倒虹吸结构与配筋缺乏倒虹吸CAD绘图标准元 件库设计软件不能自动生成 CAD钢 筋图图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对策方案确定表序号要因对策分析选疋对策可实施性经济性实施效果1缺乏倒虹吸CAD绘图标 准元件库建立倒虹吸基本 元件二维CAD绘 图模板库工作量大、不易实施费用低不易参数化、 不易修改、不易重用不选建立倒虹吸基本

12、 元件三维模型模 板库易实施费用较高可参数化设计， 易修改，易重 用选定2设计软件不 能自动生成CA钢筋图编制软件自动生 成二维CAD钢筋图需要软件研发人员、软件编制周期长，不易实施费用高编制的软件要 经过大量的工 程测试，实施 效果不易评估。不选利用我院自主研 发的水工三维配 筋软件自动生成 二维CAD冈筋图易实施费用低软件已经过大 量工程测试， 运行稳定，效果良好选定小组成员按照“ 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序号聽因冃标ffi 骗时间迪点備卓人引进二隼设计轶件：昭曲，肘*组应员这仃妆件前菇本按巾

13、恼训；2011.1.91.10现场 设代壬进丰1缺乏倒虹吸元件库建立倒虹啦蔓本元丼岂1舞盘化模扳库论刮一贰懺屯硏临HCAD鰭幌因的工FMII4 俺少 5W采同CATI凸轶件建直倒虬吸基本尤杵= 坤壽疑仆梅扳库：2011.1.11240M&咸员堪垃三堆轴构横型自动生咸二2011.2.11黄少华维CAD结构图，齐计算統计箱构工程量.4.J0列用找K R +对涉观成员进行水工建购三卿3盼软 件撫作培训；2011.3 9110设汗牧件不能研懂的水H三绘制座倒虹吸将CZUIA建虫曲创虹段二惬馆构吒型导2011.3.11黄艳芳2戶就主廣CAD曲配莊裁井自GAD範驚逐的丁曰入到三隼配筋牧件申*1i 10动生

14、鹿二鸵从伽少酬1赴钊罚三堆配期软件目动生咸二堆CAD钢 帝吕并计計统计羽筋圧.2011.3 177.25肖少半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吉构图原工日x( 座倒虹吸设计目标工日/ 一座倒虹吸设计实耗工日)=14X( 26/45 ) =8目标2工日=绘制一座倒虹吸水工CAD冈筋图原工日X( 座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸设计实耗工日)=19X( 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CAD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

15、维结构模型自动生成二维 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培训计划表序号培训内容主讲人培训时间培训地点1三维设计基本概念与CATIA基本操作王进丰2011.1.9 上午（2.5小时）南阳设代处会议室2CATIA草图设计、零件设计、装配设计王进丰2011.1.9 下午（2.5小时）南阳设代处会议室3CAITA建立水工建筑物 三维参数化模板库及其 使用方法。王进丰2011.1.10 上午（2.5小时）南阳设代处会议室4利用三维设计模型自动 生成水工CAD结构图， 自动计算结构工程量。王进丰

16、2011.1.10 下午（2.5小时）南阳设代处会议室为确保学习效果，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操作考试成绩表序号姓名培训考试成绩（百分制）掌握熟练程度是否达标1黄少华95达标2王进丰99达标3杨新车90达标4李小帅96达标5张菊红92达标6黄艳芳86达标7张荣92达标8陈敏90达标9李晓华91达标10彭军88达标图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

17、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： 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。-r*=3. Tn-K 挣=3. La-E=0.伽T. ll箱 W珂騎榨-

18、r垂冃尺寸一4 2新ff 童舷平蜒 T12, 9加 耳进iHJft国固it屮征=15n图10-2倒虹吸进口段结构设计参数科傕現1平徨弋n卜* IW，Q, tfu-ff 4商-3. tin-ff* 口 创=lr n-t 滸 口 fir. =o 如- !fi堆制=45doE-tf j 齿東=0. Mi-祥下齿ir 5*-r fin r.l,唱 j： Brut=0,511-r= =1-rr上地勺 =0-STift. L： .u-i：超口：帀面骷韦干1怕M亡jAr!走丽貼角韦生也飞L ?5n i-+I : i 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”

19、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 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吉构图小组人员通过三维结构模型自动生成二维CAM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C

20、ATIA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。? *: illBM=li*畑或帕i：-讥上r艸乍肚叮-： MBAAK3I峠皿* SWFkf二朋q：:tiW1.jWl-it-TTjlE5.- 1 ：_ _a -匕锂图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吉构图，如图10-7图10-7自动生成二维CAD吉构图T匚畀础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表 10-4三维配筋软件培训计划表1主晏玮竝Ikj*1岸加:r.s1 !MJi.r1:山：(25IJ.!

21、王!i.f4216*r - u碗酬处*帝心曙H 1*Jl :j.iHQ1013二催:1*fj.5気、M Wi 4邑9TV m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。实施效果一,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

22、表项目实施对策前的工日实施对策后的工日节省工日绘制水工CAD结构图148计算统计结构工程量0.5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，由杨新军负责序号培训内容主讲人培训时间培训地点1三维配筋基础理论杨新车2011.3.9 上午（2.5小时）南阳设代处会议室2三维配筋软件基本操作杨新车2011.3.9 下午（2.5小时）南阳设代处会议室3三维配筋软件自动生成二维 CAD钢

23、筋图、自动计算统计配筋量杨新车2011.3.10 上午（2.5小时）南阳设代处会议室为确保学习效果，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序号姓名培训考试成绩（百分制）掌握熟练程度是否达标1黄少华90达标2王进丰87达标3杨新车98达标4李小帅86达标5张菊红89达标6黄艳芳94达标7张荣93达标8陈敏92达标9李晓华86达标10彭军92达标图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

24、间转换数据格式对比分析表序号中tiCATIASfiK 口三第配酚软It是否有接口MGS无rn* SAI无木可打*.STP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（如在三维配筋软件中，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 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

25、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。|夹施取果二；|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项目实施对策前的工日实施对策后

26、的工日节省工日绘制水工CAD钢筋图19189j统计计算钢筋工程量112_ ,”设计校核431实施对策前后工日统计表如下表11 1 0表11-1实施对策前后各步骤工日统计表图11-1活动前后工日比较序号步骤活动前所需工日活动后实际工日实际减少工日1绘制水工CAD钢筋图191092绘制水工CAD结构图14683设计校核4314计算统计钢筋工程量3125水工结构与配筋方案设计2206确定水工建筑物结构型式1107确定建筑物布置方案与结构尺寸1108计算统计结构工程量10.50.5总计4524.520.5比业主翌求援画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”、“

27、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ii $1 了義少it氷例軋吸施I #團i殳i I T日曲目标,形成了排水倒虹吸结构与配筋三维设计流程，如下图11 2弘文地呼址履条rt木工建丸物CATIA 4三錐歸构棋里目岗生阪水目动ii苒茨计icAogtja讪 sftisf（木工三魅&苗帆杵屮自 a tL L_CADS疝阿目引廿蛊统廿 统帝T稈量三览艮L松权图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吉构

28、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X 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

29、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X 5天X 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?舌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 0推广应用证明长江勘