1、三维模板管理现状

随着水利水电行业信息化、数字化技术飞速发展，三维建模已成为水电工程建设过程中的必要手段与必备成果[1]。目前，水电行业内各种三维建模软件层出不穷，而3DExperience三维设计平台(以下简称：3DE平台)是行业内常用的三维设计软件，其曲面造型能力较强，并具备模板设计能力[2]。3DE平台中，传统建模方式需完成大量基础的点线面分步操作[3],无法适应大量三维建模任务需求，目前已被升级为模板化建模方法，得以进一步提高设计效率[4]。

在水电工程中，一般按挡水、泄水、引/尾水、发电等系统进行设计建模，并将各系统中具有典型结构外形特征的结构模型参数化、标准化，形成模板模型，通过模板调用，简化建模过程，进而提升建模效率[5]。但随着标准化模板数量的积累，缺少进一步的模板管理和维护工具，导致模板在创建、发布、升级、拓展、归档、查询及应用等环节均出现问题，影响模板使用和三维设计效率。

目前，3DE平台通过“胖客户端/Web客户端+服务器”来完成数据的集成与管理。平台通过网络连接服务器，将各类数据上传至云端服务器，存储为数据库。再通过用户角色权限、合作区、数据成熟度等进行数据库管理，进而实现用户对各类数据的管理，但对于数量庞大、种类繁多、层级丰富的三维设计结构模板，仅通过平台自身的数据管理方式已无法满足管理需求，需考虑创建三维模板库和模板库管理工具来统一管理三维模板。

2、三维模板管理需求

在模板数量规模较大的情况下，对管理者而言，模板成果整合及发布，模板系统层级梳理、模板维护升级存在困难。对设计人员而言，模板搜索查询、模板合理使用也同样困难。针对以上模板管理与使用中的问题，模板库管理工具的现存问题及建设需求如下所述。

(1)已有模板整合及发布。

目前，3DE平台中的三维模板归属于不同的设计人员，且分布散乱，需搜索模板名称和prd识别码来定位，而3DE的模糊搜索功能会检索出多个基本符合搜索关键词的结果，用户需自行辨别及选择，使得模板查找及使用效率低下。故模板库管理工具需将最新的模板成果进行整合，统一封装在模板库内并发布，实现三维模板的统一管理。

(2)自定义模板层级关系。

3DE平台的数据管理方式是从平台自身架构出发，通过划分用户权限、数据存放位置及数据版本等方面对数据进行管理。而水工结构的模板具有涉及专业众多、结构复杂、形式多样等特点，对于这些三维模板的管理需从工程角度出发，根据模板结构特点和形式进行分类管理，再根据每个系统内部模板结构特点进行层级细化。故模板库管理工具需具有灵活的层级划分功能，根据模板分类构建模板库层级架构。

(3)模板数据安全防范管控。

目前所采用搜索方式定位到的三维模板零件文件，是设计人员创建模板的过程文件，打开后需复制其建模方法和过程，其知识经验和数据有被篡改和泄露风险。模板库管理工具需统一开放模板调用接口，封装模板设计过程，减少数据暴露，可有效避免用户访问模板源文件，降低模板关键数据及设计经验向外部泄露的风险，保证模板及模板库的数据安全。

(4)快速进行模板搜索定位。

由于入库的模板数量庞大，用户按照模板名称、prd码、层级关系等方式的搜索效率低下。模板库管理工具需缩小模板搜索范围、改进模板搜索功能，让用户能根据模板类别、层级、关键词等多种方式迅速定位到所需模板。

(5)模板更新及后期维护。

随着水电工程设计深度的加深，三维模板会不断迭代更新，模板库需具备已有数据的删除、新数据的存入等功能，及时整理更新模板库内数据，保证模板库内数据为最新的、随时可用的三维模板。

3、Library模板库管理方法

3.1 Library架构功能介绍

Library是3DE平台提供的一种数据管理架构，可创建关系数据库，采用树状层级的文件分类储存方式挂载已有文档、模型等数据的索引。用户可通过3DE平台的网页端创建模板库的目录结构树，并赋予数据层级关系，数据的入库操作既可在网页端进行，也可在3DE客户端进行，且用户可在3DE客户端内查找并调用库内的数据。

(1) 库分类。

Library中可创建的库有3种，分别为零件库、文档库及常规库。零件库用于管理零件类(Parts)文件，即模型文件；文件库用于管理文档、图纸类文件；常规库兼顾了零件库和文档库的功能，可同时包含模型文件及文档、图纸类文件，涵盖数据类型更为全面。

(2) 库角色。

作为3DE平台下属架构，3DE平台对角色的定义同样适用于Library架构。3DE平台中设有领导者、所有者和作者角色，在Library架构中拥有不同的权限。其中，领导者拥有创建和管理Library数据库及其属性权限，并可在私有状态下管理创建专属于个人的库；所有者拥有创建数据库并赋予其属性的权限；作者拥有访问并使用数据库(库、类和与其关联的分类数据)权限。

(3) 库权限。

Library架构下的数据库具有更为完善的权限管理机制。首先，数据库的创建者需要同时具备CCM(Classification Manager)许可及领导者角色。其次，在创建时，需将文件库放入特定的合作区，进行文件库使用范围的初步划分。第三，不同角色对模板库的使用权限不同，通过对所添加者角色的定义和划分，进一步确定不同用户对文件库的使用权限，只有数据库所在合作区的用户才可以进行库内资源的查找及使用。

3.2 模板库管理技术路线

基于Library架构功能，搭建工具实现模板库管理的技术路线如图1所示，主要包括模板库层级规划、模板库合作区规划、模板库搭建、模板数据入库、模板库权限分配、模板发布与更新等。

图1 Library架构的模板库管理技术路线

具体研究技术路线包括：

(1)模板库层级规划。

根据模板结构特点，梳理并划分模板库层级关系，创建模板的树桩层级结构树。

(2)模板库合作区规划。

根据模板库使用范围确认是否需新建模板库专属合作区。

(3)模板库搭建。

在Library架构下，根据模板库的树桩层级结构树进行模板库搭建。

(4)模板数据入库。

根据模板数据类型选择网页端或客户端数据入库方式。

(5)模板权限分配。

将模板库用户添加至模板库所在合作区中，并根据使用需求分别赋予其领导者、所有者或作者角色。

(6)模板发布更新。

将模板库成熟度升级为“公开”,完成模板发布，并持续模板更新。

3.3 Library模板库管理方法

使用Library架构创建并实现三维模板库管理的方法如下所述。

(1)层级结构管理。

Library的树形结构可复刻专业模板库的层级结构关系，通过层级结构关系的更新、扩展和维护，实现模板库层级结构的管控，基于Library层级结构的逐级索引，还可实现对模板库各层次的查询与访问。

(2)模板权限控制。

Library架构可通过合作区和用户角色权限功能，从多个维度对模板库的开发及应用人员分配对应的权限，对普通用户可分配模板标准使用权限，对非开发人员则关闭模板源的访问权限，防止模板丢失和泄密。

(3)模板更新维护。

模板库结构层次更新、模板审核后，模板库管理员可在客户端或网页端中进行Library结构层次编辑和模板对象添加、删除操作，从而实现模板库的更新维护。

4、Library模板管理应用实例

目前，抽水蓄能电站的建设正处于高质量发展阶段[6],三维建模任务繁重。相比于传统水电站，抽水蓄能电站的结构组成较为统一，将抽蓄电站中部分标准结构制作成三维模板可提升三维设计效率。某设计院在抽水蓄能电站设计中，大量使用了标准化建模技术，积累了一大批3DE标准化三维设计模板，具备创建三维模板库的条件，并基于Library架构开展了模板管理与应用实践。

4.1 抽水蓄能电站模板层级划分

基于对抽水蓄能电站水工结构梳理和三维建模经验总结，将抽水蓄能电站标准化结构分为上下水库、输水系统、发电系统、泄洪系统、开挖支护和通用模板[7]六大系统，如图2所示。

图2抽水蓄能电站标准化结构层次关系

4.2 抽水蓄能电站模板库建设流程

抽水蓄能电站模板库创建包括模板库合作区创建、模板库结构搭建、模板数据入库、模板库权限分配、模板库发布及后续更新等关键建设流程。

(1)模板库合作区创建。

建立模板库专有合作区，将已建模板数据统一存放在该合作区中，确保只有本合作区中的用户才可访问、调用模板库内数据，以保证模板数据的安全性。

(2)模板库结构搭建。

在3DE平台网页端的Classify&Reuse模块中，创建抽水蓄能电站三维模板库，并将其定义为“常规库”,以兼顾模型数据和文档数据的管理功能。根据抽水蓄能电站的结构划分，搭建模板库层级结构，如图3所示。

(3)模板数据入库。

目前可入库的三维模板数据有三类，第一类是通过输入元素进行模板定位及调用的UDF模板数据；第二类是直接调用设计过程的物理产品/3D零件模板数据；第三类是将多个结构及图纸组装使用的工程模板数据。其中，UDF模板的入库需要在3DE的客户端中进行，其他两类模板的入库即可在网页端中进行，也可在客户端中进行。

图3 模板库结构搭建

将已建的抽水蓄能模板根据图2的结构分类，按不同数据类型的入库方式，通过网页端和客户端添加到对应的层级下，完成模板入库工作。

(4)模板库权限分配。

通过对用户权限的设置来限制其对模板库的使用范围。通常，模板库所在合作区内的用户权限均设置为作者，仅能访问并使用库内数据，无法添加或删减模板库内数据。

(5)模板库发布。

网页端所创建的模板库默认是非活动状态，客户端用户无法访问，需在网页端将模板库的成熟度从“非活动”升级到“活动”状态，将模板库发布至客户端中。用户可以在客户端中查找该数据库并进行数据的访问及使用。

4.3 抽水蓄能电站模板库建设成果

基于以上流程，创建了包含2个层级的抽水蓄能水工结构模板库，第一层级为模板库根层级，第二层级中包含六大系统，分别是上下水库、输水系统、发电系统、泄洪系统、开挖支护和通用模板。每个层级分别入库了该系统对应的模板。网页端和客户端的模板库架构如图4所示。

图4抽水蓄能电站水工结构模板库网页端/客户端界面

4.4 抽水蓄能电站模板库的使用

(1) 模板搜索。

Library架构下除按模板库层级关系索引模板外，还可进行精确、模糊和排除等多种方式搜索模板。其中，“= =”表示精确搜索，直接定位到与所搜索名称相同的模板；“like”表示模糊搜索，可输入模板关键词，匹配该层级下所有名称中含有该关键词的模板；“nolike”表示排除搜索，可输入欲排除的模板关键词，将该层级下所有名称中含有该关键词的模板过滤出去，如图5所示。

图5 Library模板搜索

(2) 模板调用。

模板库专用合作区中的用户选择对应合作区进行三维建模时，可通过3DE客户端中“目录浏览器”功能，通过点击或名称搜索方式定位模板后即可调用模板，如图6所示。

图6模板库中定位和使用模板

选定所需的设计模板后，用户通过实例化完成模板调用。以沥青混凝土面板坝模板为例，模板实例化界面会显示该模板的输入元素与三维预览，用户核对所调用模板正确无误后，可按提示选定输入元素和输入设计参数完成实例化，如图7所示。

图7沥青混凝土面板坝模板实例化过程和结果示意

4.5 抽水蓄能电站模板库的更新与维护

在抽水蓄能电站模板库建设过程中，拥有领导者权限的模板库“管理员”会不断更新模板库建设工作计划，定期在3DE中检查模板编制进度，在组织模板入库评审后，根据模板所属结构层次，在网页端或客户端中对模板进行操作，编辑模板库结构层次、插入或删除模板，以保持模板库的不间断更新与维护。

5、结 论

通过研究3DE平台Library架构的模板库管理方法，并依托抽水蓄能电站模板库建设工作，完成了Library架构模板库的搭建及使用验证，取得的具体成效如下。

(1)模板库入口统一。

Library架构下的模板库可将模板建设成果统一入库、发布，解决了模板调用入口零散、定位困难等问题。

(2)模板库层级管理。

使用Library架构的结构树功能，可将模板按层次结构和分类关系构建成库，模板库结构层级调整方便，管理灵活。

(3)模板库快速调用。

使用Library库定位和搜索功能，可快速调用所需模板，免去用户在平台中搜索模板的步骤，提升模板的使用效率。

(4)模板库安全管理。

Library架构下的模板库封装了模板的设计过程，有效减少数据暴露，避免用户访问模板源文件，降低了模板关键数据及设计经验向外部泄露的风险，保证模板及模板库数据安全。

参考文献:

[1]陈铭.三维建模和配筋在大体积混凝土中的应用[J].东北水利水电,2022,40(10):62-63.

[2]崔小建,曹炳勇,陈莎莎,等.基于3DE平台的下部结构BIM模型快速创建系统[J].中国市政工程,2021(6):22-25.

[3]王蕊,冉丽利,马玉岩.基于3DExperience圆形水池设计工具按钮创建方法研究[J].水电站设计,2022,38(4),34-38.

[4]李斌,宗志坚,郑会春.水利水电工程三维设计方法引进与研究[J].人民黄河,2011,33(5):136-137.

[5]宁晓旭,杨文忠,杨冰.基于CATIA的复杂桥梁结构快速建模技术研究[J].特种结构,2017,34(6):93-98.

[6]胡浩,张苏,赵剑喆,等.高比例水电系统抽水蓄能电站发展空间及趋势研究[J].水电与抽水蓄能,2024,10(1):115-120.

[7]王刚,李静,赵翊彤,等.基于3DE平台的抽水蓄能电站枢纽三维快速协同设计方法研究[J].水电能源科学,2024(4):85-88.

文章来源:赵翊彤,薛思思,李静,等.基于3DE平台Library架构的模板管理方法研究[J].水电站设计,2024,40(03):108-112.