工程數字化是將工程的模擬量信息轉變為計算機可以處理的數字信息，從而實現計算機對工程資源的控制、運行和管理。隨著各種數字化測量儀器、計算分析軟件、三維建模軟件、虛擬現實軟件及管理系統的快速發展，工程數字化已實現從數字采集、工程設計、模擬仿真、運營管理等全生命周期的應用，顯著地提高了工程設計、建造、施工及運營管理水平，更為生產手段信息化奠定了基礎、加快了企業信息化建設步伐。

　　企業信息化就是挖掘先進的管理理念，應用先進的計算機網絡技術去整合企業現有的生產、經營、建造、管理，及時地為企業的戰術層、戰略層、決策層“三層決策”系統提供準確而有效的數據信息，以便對需求做出迅速的反應，加強企業的核心競爭力。2l世紀是信息化時代，信息是項目的來源，是完成項目的條件，更是企業綜合實力的源泉，擁有了信息就掌握了通向發展的高速路。工程數字化是企業戰術層的信息化，屬于生產手段信息化范疇，隨著咨詢行業的快速發展，國內設計企業展開了大規模研究和技術競賽，工程數字化已成為一個企業先進技術實力的體現。同時工程數字化的發展給企業的軟硬件配置、生產控制、技術管理、人力資源等提出了更高的要求，促進了企業信息化向高標準、多集成、大系統方向發展。

　　1、對工程數字化的理解

　　工程數字化是將工程的設計資料、設計過程、設計結果等復雜多變的信息轉變為可以度量的數據，再將這些數據建立起適當的數字化模型，如數據庫、函數關系、影音文件、三維模型等，通過數模轉換機制把它們轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部進行統一處理，成為計算機能夠存取、計算和顯示的信息。

　　工程數字化包括兩個過程：(1)數字讀取。主要利用測量、勘探、遙感等儀器實現對模擬量進行數據采集。根據模擬量特征，數字化對象可以分為三類，一是文獻類，如圖紙、書籍等，對這類對象一般采用手工錄人或數字化儀等設備完成數字化。二是實物類，如設備、建筑工程等，這類對象通常采用測量儀器將其特征尺寸、顏色、材料等屬性數字化。三是地形類，如工程地質、坡地面貌等，這類對象一般采用紅外線、GPS、雷達等勘查設備對地質地形進行測量，形成地形數據。(2)數字建模。數字化讀取后將模擬量轉變為一系列的數據，這些數據一般沒有任何屬性定義，大部分是沒法直接應用的。數字建模就是將這些數據用具有一定規律的模型表達出來同時以一定規則存儲在計算機內，與模型關聯后這些數據就具有了相應的空間位置、大小、色彩等屬性。由于數字化模型是通過數據來驅動的，故計算機可以對其進行讀取、顯示、運算等操作。根據模型的形態，數字化建模分為一維建模、二維建模、三維建模、四維建模和多維建模，模型維度越大，模型系統越復雜，所具有的功能就越強大。

　　1.1 一維建模

　　一維建模形成了一維空間，單獨的一維空間沒有因果關系，只能表示一個沿直線發展的方向。在工程設計中，通常將工期、資金、人數等表示為一維模型，用來模擬某一個邊界條件，如工期逐步的縮短、資金投入逐步增多等。一維模型只能表示一個因素的變化，很少被獨立應用。

　　1.2 二維建模

　　二維模型的結果可以用一張平面圖形來顯示，兩條及以上的線可以構成一個平面，理論上任何包含2個方向因素的對象都可以建立二維模型，二維模型描述了2個值之間相互約束的過程。

　　工程設計過程中二維建模最為常用，如各種統計曲線、二元方程等都屬于二維數字化模型。解決因果變量關系的問題采用二維建模利用計算機求解，可以得到更加合理的結果。例如，在水電站設計中，對額定水頭和年發電量建立二維模型，在多年月平均水頭數據內選擇多個水頭值作為額定水頭，分別計算各水頭對應的年發電量，最后選擇發電量最大時的水頭作為額定水頭。由于二維模型真實模擬了電站多年月運行情況，通過計算機循環計算累積年發電量，消除了加權平均值計算的片面性，避免了目前采用加權平均值的方法選擇額定水頭的各種弊端。二維建模為參數優化提供了條件，成倍地提高了方案比選的速度和精度，確保了方案的合理性和科學性。

　　1.3 三維建模

　　三維模型是由3個不同方向的元素建立的，最常見的是X、Y、Z 3個坐標軸建立的三維模型。在水電工程中，由測繪專業將地質地形進行數字化讀取，通過軟件形成三維模型；土建專業在三維地形模型上進行三維建模；機電專業進行機電設備三維建模等。通過一系列流程完成了整個水電工程的三維建模，形成了計算機能夠直接讀取和運算、人工可以直接識別的三維模型。三維模型直觀地顯示了空間關系，且具有實際工程的外形、數量、性質、空間位置等全部的數字信息，利用該三維模型可以進行應力計算、穩定性分析、設備材料統計、碰撞檢查等工作。

　　對三維模型進行渲染可以直接制作效果圖及影音文件等，在三維模型上剖切可以生成對應的平面圖形，作為施工圖紙使用。由于三維建模提供了真實的空間關系，為多個專業之間協同設計創造了條件。

　　1.4 四維建模

　　三維的世界是靜止的，當三維世界以時間為基準發生變化時，四維空間就產生了。如果把時間看作一根軸線，則這個軸線上的任意一個點，都是一個三維空間，也就是說無數個三維空間依據時間軸線集合，構成了四維空間。可見四維建模是在三維建模的基礎上增加了時間這個元素，四維建模是模擬隨著時間的變化三維模型在X、Y、Z 3個方向的空間變化情況。由此可見，四維建模模擬了不同時刻空間的變化，在水電設計中可以利用四維建模技術模擬工程進度。例如，隨著時間的變化，大壩澆筑的位置及混凝土量、機電設備安裝流程等，從而實現進度控制和施工仿真。四維模型經過后期效果制作可實現動畫、運動模擬、虛擬現實等場景。

　　1.5 多維建模

　　隨著測量、自動控制、工程管理技術的提升，多維建模也日益發展，在四維建模的基礎上又增加了其他的變化因素。如費用、機械設備、場地條件等。隨著時間的變化，現場工程量逐步增多、投資逐步增加、機械設備、場地條件也發生變化，通過費用數學模型、機械設備數學模型、場地條件數學模型等模擬整個工程的建造，從而達到費用控制、設備調度等建設管理。

　　2、工程數字化的發展

　　工程數字化通過數字讀取和數字建模兩個過程將整個工程轉變為以數據為驅動的模型，利用計算機對該模型進行計算、應力分析、運動模擬、虛擬仿真等應用。機械行業從20世紀70年代就開始了工程數字化應用，火電行業從90年代也開始工程數字化研究，由于大地質數字建模的技術存在困難及水電行業標準化程度低等原因，國內水電工程數字化技術遠滯后于其他行業。步人2l世紀后，國內機械制造、電力工程、石油化工等行業的信息化已達到一個很高的水平，利用計算機網絡和通信技術實現了全球化、智能化的生產及管理過程。2002年后，國內更多的大型、巨型水電工程開始建設，工程條件極其復雜、技術難度前所未有；同時企業自身面臨國際挑戰和多元化發展的壓力，為了適應信息化發展的趨勢，解決企業當前管理效率低、工程設計方法落后的現狀，水電設計企業開始以企業綜合信息管理平臺建設和三維協同設計技術來開展管理及生產手段信息化建設。經過近10余年的發展，目前國內三維協同設計技術已進入快速發展時期，多數單位均展開了三維協同設計技術研究及應用，在多個水電工程設計中發揮了巨大作用，并在施工仿真、輔助分析、數字移交等工程數字化領域取得了大量成果。

　　目前國內水電工程三維建模軟件主要有Au-todesk、Bentley和Dassault等系統軟件，工程數字化主要應用于水電工程三維建模、工程量計算、有限元計算、三維建模二維出圖、施工仿真、數字移交等，并已提出工程全生命周期管理的概念。到目前為止，國內外還沒有一款專門應用于水電工程三維建模軟件，利用兩款及以上的軟件進行工程三維建模和協同設計工作、多個軟件并列應用的現象還將長期存在。目前水電工程數字化技術仍處在三維協同設計階段，工程數字化的效益還未充分展示出來，水電工程數字化的發展道路還很漫長。

　　(1)主動數字化建模。目前主要根據已有的數據建立數字化模型，數字化讀取和數字化建模是兩個獨立的階段，由于數字的有限性和建模的誤差性，數字化結果必然和實際存在差異。為了實現工程數字化的深層應用，必須將數字化讀取和數字化建模合為一個過程，直接生成數字化模型，如設計計算三維建模一體化、3D掃描、3D航拍等技術。

　　(2)發揮數字化的綜合效益。目前國內設計單位均在大力推廣三維設計，主要通過三維建模提高產品的可視化程度，給業主展示工程建成時的狀態，同時利用三維模型進行二維出圖、計算分析等工作。由于水電工程沒有一款專門的三維建模和二維出圖軟件，就二維工程出圖來說，三維建模出圖可能比傳統二維設計出圖效率低，在目前仍以施工圖為主要成果的情況下，三維協同設計的發展面臨不利形勢，故必須盡快將三維設計的綜合效益展示出來，消除單獨以二維出圖的效率來片面衡量三維設計的錯誤觀點。

　　(3)重視協同設計。水電工程設計中包括多個單元工程和多個專業，單元工程和設計專業有順序結構也有并列結構，三維設計為順序結構的成果提交和并列結構的協同設計提供了條件。提高了項目任務分配、流程、質量管理水平，縮短了設計周期，減少了專業間協調工作量，降低了錯漏碰現象。如果說三維設計技術是企業生產手段信息化的基礎，那么協同設計是三維設計的核心價值體現。

　　(4)長期的數字化管理。隨著數字化技術的推廣應用，一方面工程設計效率明顯提高、設計流程和設計周期得到有效控制；另一方面企業生產手段信息化決策愈發智能，對工程的數據組織、流程控制、設計資源文件的管理提出了更高的需求。工程數字化和企業信息化一樣是需要不斷地改進、維護以實現持續發展，長期的數字化技術管理是實現工程數字化技術應用和企業信息化發展的根本保證。

　　3、對企業信息化的認識

　　企業信息化建設是指企業利用計算機技術、網絡技術等一系列現代化手段，通過對信息資源的深度開發和廣泛利用，不斷提高生產、經營、管理、決策的效率和水平，從而提高企業經濟效益和企業競爭力的過程。從內容上看，企業信息化主要包括企業產品設計的信息化、企業生產過程的信息化、經營管理信息化、決策信息化以及信息化人才隊伍的培養等多個方面。

　　從信息化的概念可知，實現信息化的主要手段是計算機及網絡技術，涉及的部門既包括管理部門(職能部門)也包括生產部門。從企業組織結構上全面覆蓋決策層、戰略層和戰術層，主要實現的功能是信息的收集、傳輸、運算、存儲、維護和更新。企業信息化是一個高度集成的系統，是人機合一的系統，這個系統中主要對象為人、計算機網絡硬件、系統平臺、數據庫平臺、通用軟件、應用軟件及其他終端設備。

　　3.1 企業信息化普遍現狀

　　水電行業企業信息化建設起步較晚，起初大多是為了信息化而去信息化，停留在重建設輕應用階段。由于企業信息化建設和生產手段信息化建設幾乎同時起步，生產手段信息化后所帶來的生產流程、項目管理、人力資源等變化未能在企業信息化建設中統籌考慮，企業頂層設計未能與底層應用有效溝通，企業信息化局限在項目生產過程之外的項目管理、進度管理、費用管理等。企業信息化成為了一個信息發布和查詢平臺，與生產完全脫節，失去了對生產過程的有效控制。

　　3.2 信息化建設

　　企業信息化建設是一項復雜的系統工程，行業的不同、企業規模的不同、建設階段的不同都會帶來不同的建設需求。企業信息化不能照搬別人的經驗，其基礎是企業自身的管理和運行模式，更不是計算機網絡技術本身，在企業信息化建設時應首先從企業的管理和運行模式開始分析，依據企業自身的特點，制定建設規劃和需求。

　　3.2.1 現行管理和運行模式分析

　　企業目前管理和運行模式的分析是信息化建設的第一步，部分企業將創建硬件和軟件條件作為信息化建設的重點，將信息化等同于購買行為，以為買來硬件、軟件、網絡等就是實現了信息化，這也是部分企業抱怨信息化的大投入卻對生產和經營沒有起到明顯改善效果的原因。

　　企業信息化的前提條件是企業的管理和運行過程能夠被數字化，能夠依靠計算機及網絡技術進行處理操作，更重要的是能夠顯著提高效率、減少流程。這就要求企業經營、管理思想、生產手段與企業信息化的要求相適應。故需要對企業現行不適合信息化發展要求的管理模式進行改造、大力推廣數字化設計技術，運用先進的管理方法和設計手段改造現有的業務流程。業務流程的再造成功與否直接關系到信息化的效果，用先進的手段去適應過去的工作習慣，即“開跑車走山路”，使先進的信息技術喪失統一性和先進性，無法充分發揮其作用。如在目前大力推廣三維協同設計時，如果仍以傳統二維設計的思想去進行流程管理、校審、局限二維施工圖的習慣，那么將無法發揮三維協同設計的優勢，生產手段信息化的發展無法達到預想狀態。

　　企業信息化建設從上到下不應出現斷層，對于設計單位來說，信息化技術相對完善是中間技術層，各設計部門基本能夠實現無紙化辦公、數字化協同設計、數字校審。對于具有多年豐富工程經驗和技術水平的人員卻習慣于紙質成果的閱讀，造成設計成果無法實現更先進的網上校核、數字移交等。信息化建設規劃初期應充分分析企業的現狀，對不符合信息化發展的技術手段和流程進行改進升級，對處在各個業務流程的人力資源進行技術培訓，創建好適應信息化發展的自身環境，只有這樣信息化建設才會有的放矢，才會達到預期目的。

　　3.2.2 創建技術隊伍

　　信息化建設最重要的環節就是人才，人才是信息化的最終使用者和受益者。企業需要自身的人才去應用信息化和發展信息化，軟件開發單位無法幫助企業實現這一步。信息化建設是一項復雜而又長遠的系統工程，企業必須有一支既懂信息技術又懂管理業務、熟悉工程技術的信息化人才隊伍作為支撐，并在長期的企業信息化建設過程中注重對其管理知識以及業務技能的培養，為企業信息化建設打下基礎。在軟硬件系統搭建的過程中，可以使企業節省大量開支。在信息系統搭建齊全的情況下，技術隊伍可以推廣應用使企業信息化真正運行。在工作環節中逐漸貫徹信息化工作理念、數字化設計手段、信息系統工作模式，將信息化不斷延伸到企業的各個領域。

　　3.2.3 信息化規劃

　　國內設計企業信息化建設最早開始于90年代初期，是在國外先進管理、經營和設計手段的環境下產生的。國內信息化建設起步初期就是首先著眼于解決實際需求為出發點的，一直是應用的需求推動它的發展，企業信息化建設缺乏統籌的、系統的、頂層設計。企業信息化建設最重要的就是搭建企業信息平臺，在信息平臺的基礎上選擇各個管理、運營及生產過程等的運行軟件，只有這樣企業信息化建設才是頂層設計。如果先選擇各個生產過程系統的軟件，在企業信息化管理出現困難時才搭建平臺，那么信息化建設的總體設計是以底層為出發點的，從信息化建設之初起就決定了信息化的有效性甚至其壽命。

　　但對于大多數企業來說，完全從頂層設計來進行信息化建設是不可能的。許多生產手段、生產及管理流程已趨于成熟或已投入大量資源，完全拋棄底層開始頂層設計顯然不現實。為了在當前企業的管理現狀上進行信息化建設，兼顧當前模式并進行系統研究，這就需要對現有信息化系統進行集成，從底層構建當前各運行系統的集成環境，從頂層統籌兼顧長期發展。

　　3.2.4 信息化實施

　　對企業現行的信息化進行分析和評估，根據各生產流程實際運行情況提出需要改進的組織結構模式，需要組合的軟件平臺，然后根據企業發展目標，生產需求，結合當前信息化平臺的發展趨勢，確定信息化平臺實施方案和架構。在總系統平臺的條件下劃分企業的流程板塊，如人力資源、財務、生產管理等。建立系統的、統一的企業信息化底層數據庫，為系統集成、后期功能升級提供了條件。

　　對于工程設計單位來說，企業信息化建設更顯得復雜，因為生產手段信息化是企業信息化中的重要部分，各種生產手段給企業生產流程控制、成本管理、技術及質量管理提出了不同需求，另外生產手段信息化大多為相對獨立的，系統集成程度低，給處于頂層的信息化管理提出更高的要求。

　　4、結語

　　工程數字化是企業生產手段信息化的過程，與企業信息化一樣是企業先進生產手段和管理水平的綜合體現，都具有研發周期長、推廣難度大，時代性明顯的特征。從工程設計到產品整個過程全部采用數字信息來表達，為計算機對其進行處理和控制創造了條件，實現了設計過程的數字化、成果應用的多元化、管理水平的智能化。工程數字化為企業對工程的管理提供了操作的接口，同時給企業的生產過程、技術質量等管理提出了更高的要求，促進了企業以生產過程為核心的信息化建設。 

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