该解决方案将设计工作标准化、知识与经验模型化，建立了全专业参与的三维正向协同设计方法与工作流程，研发了行业级的参数化族库，编制了三维正向设计标准体系，自主研发了全专业122项自动化设计软件，开发了数字设计管理平台、数字交付平台。
该解决方案实现了简单参数交互输入，软件一键建模、一键设计图、一键下料清单，一键钢筋施工放样图；打通了三维正向协同设计的关键技术路径，成倍提升设计效率和质量。解决方案实现设计赋能上下游产业链，目前已在多种场景中赋能落地，取得了良好的经济效益和社会效益，经权威机构鉴定，属国际领先水平。
一、实施背景
一直以来，国家高度重视数字化发展，并出台了一系列相关政策文件来推动建筑工程行业的数字化转型。二十大报告中，推进新型工业化以及促进数字经济和实体经济深度融合，提到了新的战略高度，各行各业向着实现生产自动化、产品智能化、管理精细化以及产业先进化等几个层面持续推进。在工程设计数字化转型过程中，三维设计的成果更加丰富、质量要求更高，但是通用三维设计平台的建模、出图的效率底、质量难控。因此，市场亟需更加细分的专业化设计软件以提高设计的自动化、智能化水平。
天津水泥工业设计研究院有限公司（以下简称“天津水泥院”），数字化平台的业务功能是以准确的三维数字模型为基础。公司EP、EPC项目全面数字化管理，平台上执行项目顺利推进的前提就是准确数字模型的及时提交。随着数字化转型工作推进，迫切需要针对三维设计的痛点进行基础研发工作，开发出适用于建材行业工业建构筑物的自动设计软件和平台，以大幅提升设计效率，有效控制设计质量。
二、实施目标
围绕设计计算、建模、出图等业务需求和问题，建成适用于工程设计领域适配国内外标准的智能设计软件体系，其中重点聚焦三维高效精准建模和欧美标规范进行专项研发，努力成为国内一流的工程数字设计咨询服务商。
三、建设内容
天津水泥院自主研发的智能设计系统解决方案，包含三维正向协同设计标准体系、参数化族库及管理系统、全专业自动设计软件集、数字化设计协同管理平台和数字交付系统；通过标准解决协同流程问题，通过参数化族库解决三维设计基础建设要求，通过自动设计软件集提升三维设计效率和质量，通过数字化协同平台进行设计管理及交付，系统地解决了工程设计数字化转型的各种难点问题。
图1总体架构图
3.1三维正向协同设计标准体系
包含项目样板标准、BIM协同设计流程标准、BIM制图标准、BIM协同设计审校标准、BIM工程量统计标准、族文件设计指导手册、材质规定、BIM模型编码标准、模型赋码标准、BIM设计成品交付标准及BIM应用标准等，涵盖了设计建模、协同流程、制图、成果交付及编码体系等各方面，是设计数字化转型的基础。
3.2三维自动设计软件集
自主开发了122项自动化数字设计软件，涵盖结构、建筑、工艺、电气、水道、暖通、总图六大专业。其中，结构专业自主开发了涵盖混凝土框架结构、地下结构、特种结构、钢框架结构、钢输送、钢仓、钢平台、门式轻钢等自动设计软件40余项。工艺专业自主开发了涵盖带式输送机、非标、斜槽、风管、受力计算等自动设计软件十余项，涵盖自动建模、计算分析、自动出图、工程量查询等设计全流程业务。电气专业自主开发了涵盖投标系统、施工图系统、照明系统和防雷接地系统等自动设计软件十余项。水暖专业自主开发了智能泵站设计、智能管网分析、系列设计辅助工具等软件，实现本专业设计业务全覆盖。总图专业自主开发了基于Revit的三维模型轻量化、雨水排除、道路智能辅助等设计软件。
结构专业的欧美标混凝土框架一体化软件，可满足欧美标准的要求，兼容CAD、Revit等不同格式输入数据，软件自动生成计算模型，自动寻优选筋，自动生成配筋图、施工大样图和钢筋下料表，自动生成三维数字模型。解决了欧美标设计门槛高、国际通用计算软件后处理功能薄弱、人工选配筋效率低、质量难控、构件详图绘制工作量大等问题。以四层混凝土框架设计为例，设计周期由原来的7~10天减少到1.5天；并且相对于传统二维设计成果更丰富，可依次自动生成模型、深化设计钢筋放样图、钢筋下料表、钢筋加工数控文件等设计成果，极大地延伸了设计内涵。
在混凝土筒仓智能设计软件中，设计者只需输入筒仓的高度、壁厚、物料容重、风荷载、地震等参数，软件自动计算，自动生成三维数字模型，自动生成结构设计图、钢筋下料图、钢筋下料清单。单体筒仓结构，设计周期由原来的3~4周缩短为3天，大幅提升设计效率和质量。
在DTII型带式输送机智能设计软件中，设计者仅需输入4个关键参数和输送走向，软件即可完成自动验算、自动寻优匹配、自动建模、自动出计算书及设备荷载等功能，交互人性化、学习门槛低，可一键完成设计选型、建模及出图工作。
3.3协同设计管理平台
协同设计管理平台依据多年积累业务流程，可协助实现设计任务自动排程，项目文件自动归档以及图纸进度自动跟踪。平台共有8个模块，31项功能，包括在线校审、版本控制、过程追溯、自动进度管理、设计指标评价、绩效发放等功能，实现远程在线对设计项目的进度、质量、资源管理。平台通过不同人员角色在设计全流程的关键关节信息录入，实现过程控制、进度绩效自动计算、文档汇总等管理功能。
3.4数字交付平台
数字设计交付主要包括模型交付、数据交付、文档交付等功能。一个项目一个交付平台，满足业主对设计交付的个性化要求；设计数据直观全面，模型图-构件编码-构件信息捆绑呈现；设计图纸二三维联动，空间位置与图面定位一目了然；设备台账数据完整，零部件信息，安装图纸，备品备件信息，使用场景参数等设备信息存储完备；三维模拟设备检修,在设计阶段充分考虑大型设计的检修方案与空间要求，优化设计的同时，为后期设备维护提供了方法与依据。
四、实施效果
解决方案成功应用于公司国内外工程项目中，大幅提高了三维设计效率和质量。基于模型自动生成图纸、工程量，通过可视化方案比对，优化设计方案，减少80%以上的施工图中的错漏，减少60%施工现场调节问题以及减少60%的技术返工，大大降低了工程建设中因人为失误导致的成本增加。
图2江山项目现场图
在印度某项目中，现场工程师通过设计管理平台进行协同，在线审校、指导现场安装工作，实现项目云管控，实时监控项目进度，把控项目质量。同时，云平台的轻量化模型支持移动端实时查阅项目进展情况，使质量、安全等问题“零”距离沟通。
在俄罗斯某项目中，借助自动设计软件，设计人员仅用了不到一星期的时间将2009年完成的设计图纸成功转化为三维模型，并完成了全厂设备编码的重制、俄文的适配、三维模型的轻量化转化。数字交付的成果让业主眼前一亮，感慨天津院的设计技术变革的同时，感受到了中国工业数字化发展的进步。
该解决方案被评为第五届数字中国建设峰会“十佳首展成果”，获得天津市市科学技术进步二等奖、建筑材料科学技术奖技术进步类二等奖，多次上榜工信部智能制造优秀场景、工业互联网平台创新领航案例名单。该方案立足建材行业，形成了一套完整的业务模式和流程，通过了实际项目中的不断反复验证，为行业内外相关领域三维正向协同设计的应用提供可推广、可复制的经验做法。