虛擬建模技術介入水電工程設計

寂靜天花板

305米的錦屏大壩是有史以來最高的混凝土拱壩，它與北京的最高建筑國貿大廈三期相當，遠超世人皆知的美國胡佛水壩和中國三峽工程。這座竣工于2014年的龐然大物是一項復雜水力發電設施的主要組成部分，用于攔截近80億立方米的滾滾江水，從而每年可以生產420億度的電量，足夠供應香港這種體量的大型城市。錦屏大壩位于中國西南部的雅礱江一段深邃險峻的峽谷中，這里是全世界水利資源最富集的地區之一。但即使是頂尖的水電專家也會對此望而生畏—陡峭險惡的地勢環境、復雜莫測的地質條件，以及它們帶來的在建設和施工管理上的難度都是前所未見的。這在很大程度上導致這項浩大的工程從提出設想到開始建造花去了近20年的時間。大壩最終耗費近600萬立方米的混凝土，4,000多根錨索被打入地下用以穩固根基；周圍及地下的山體當中，68條總長約12公里的洞室和7條17公里長的隧道儼然構成了一座龐雜至極的“迷宮”；從它數以百萬計的設計圖紙當中任意抽出一張，都會讓絕大多數人感到頭暈目眩。
  z+ H" Y' E" r/ R! m. X% o$ ?) ^  如果沒有達索系統公司（Dassault Systèmes）的幫助，這座大壩可能還停留在想象里。這家來自于法國的3D模擬和產品生命周期管理（PLM）軟件提供商十年前就開始進入中國的能源行業了。他們最先贏取的客戶也是其后來密切的合作方正是中國電力建設集團（《財富》世界500強公司，2015年排名第253位）旗下的成都勘測設計研究院有限公司（CHIDI），它是全球規模最大的水電勘測設計企業，他們負責設計并監造了錦屏大壩。達索系統公司的總裁兼首席執行官錢伯納（Bernard Charlès）說：“我一輩子都不會忘記第一次見面時他所說的話。”錢伯納指的是成勘院的時任院長鄭聲安，后者因業績顯赫現已升任該集團設計總院院長。鄭聲安當時義正言辭地告訴錢伯納：“我需要你能讓我像設計飛機一樣設計水電站。”（很多行業的產品設計所使用的工具和數字化程度仍然非常落后）錢伯納當時心里默念：“這可真是個瘋狂的計劃。”
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      事實上，錢伯納和他所領導的達索系統公司一向是以“瘋狂”著稱。該公司曾經利用自己的3D軟件，首次向全世界揭開了埃及胡夫金字塔是從內部開始建造的歷史謎團。他們甚至為破解干旱地區的水匱乏問題提供了難以置信的方案—該公司成功模擬了用一兩艘拖船借助洋流將南極的冰山移至非洲的辦法，他們還為這個項目找到了真實的投資方。此外，該公司還耗資300萬歐元完整地還原出了巴黎古城的原貌，并幫助詹姆斯·卡梅隆（James Cameron）將《阿凡達》搬上熒幕。
+ s$ f+ _& H8 D$ v2 \9 d4 }. a盡管成績斐然，該公司的發展也達到了一個臨界點。汽車和航空、航天業依然是購買該公司軟件和服務最多的領域，并占據其九成市場。在巴黎證券交易所上市的達索系統公司常常遭到分析師和證券投資者的批評和抨擊，稱其業績和財務過于保守，“毫無野心”。

      “我想如果公司換了別的首席執行官，達索系統的規模肯定比現在更大。”已經做了20年該公司首席執行官的錢伯納當然有他所堅持的信條。在他看來，著眼長遠更為重要。一家企業如果把精力分散到太多的項目當中，勢必會削弱能力，最終還是會影響業務的增長(autodesk躺槍）。錢伯納提醒說：“曾經一些比我們龐大得多的競爭對手就是這樣消失的。”

: W$ x% @6 s! o, e4 H' u   不過，這并不代表不能走出自己擅長的領域。他話鋒一轉：“但是我們做了。而且成功了。”錢伯納從隨身攜帶的iPad里翻出幾張錦屏大壩的照片說，這是該公司第一次進入能源尤其是水電行業，“這是在中國的第一次，也是全世界的第一次。”他隨后指出，進入新領域的關鍵是要把握住持續前進的節奏和平衡點—當然要保持創新和擴張，前提是公司在原有業務上保持增長。其實，如今的達索系統公司已經深入到12個迥然不同的行業里（即便分析師們認為他們可以做得更多），甚至包括生命科學和金融服務。
, k' a) E3 q! ~3 b$ p* P% E+ i* p 錢伯納再次提起用3D軟件描繪一座水電站到底有多難。他說，那可是數十公里的山脈、河流，龐大的地下廠房和數以萬計的機器和零件，飛機和航空母艦作為體量最大、構造最復雜的機械產品與之相較也遜色不少。“這完全不是一個數量級的難度。”達索系統公司大中華區銷售副總裁李智軍經歷了該公司與成勘院合作的全過程，他認為除了龐大的數據采集工作令人生畏以外，達索系統至少還需要迎接兩個層面的巨大挑戰：首先是其軟件產品必須做出改進和重新測試、匹配，因為所描述的對象完全變了，這種數據結構發生的改變帶來的影響甚至是革命性的；其次是業務層面，達索系統所面對的客戶群體及專業知識是此前完全陌生的。設計和建造一個水電站可能涉及氣候、水利、電力、地質、機械等超過40門專業學科，期間各部門的準確溝通和有效管理是成功的關鍵。后者提出的挑戰可能更大，李智軍說：“一開始，我根本聽不懂對方在說什么。”
在與成勘院合作之初，李智軍一邊帶領團隊投入極大精力自學，一邊招募專業人士加入其中。他們數十次拜訪客戶，與其不斷溝通交流。“必須讓對方的核心技術人員介入其中并用自己的專業精神獲取他們的信任。”這是李智軍從中悟到的心得，他說只有這樣，對方才能說出那些不輕易講的奧秘—他們是為數不多但深知行業痛點的人。這些難得的經驗會讓你少走彎路，更重要的是，它可以幫助檢驗和改進達索系統的軟件，進而實現創新。為了達到這個目的，李智軍的團隊花去了近兩年的時間。他說：“這不是簡單的買賣關系。我們的目的是借助他們的經驗，共同完成他們之前完成不了的工作。”

      另一些困難可能關乎整個項目的成敗，尤其是觸及到客戶敏感地帶的時候。達索系統公司最初為成勘院提供了一款名為ENOVIA的項目協同管理軟件，這是一個涵蓋開發者、合作伙伴以及客戶的綜合在線開發平臺，涉及項目的節點管控、資源的投入、戰略采購、供應商協作、風險和產出的監測。這可能意味著客戶公司管理制度的一次大變革。例如，該軟件基于最大程度地提升效率，導致客戶公司原有的一些部門職能將發生變化，個別部門可能會被合并甚至是消失；另一方面，這種平臺化、共享化的技術手段致使公司管理變得更為透明。在現實當中，這往往是公司改革最大的阻力。尤其是在中國，一些國有公司的管理體制完全是一個密不透風的“黑盒子”。“這時，你需要客戶公司最高領導層的堅定認可。因為只有他們能夠推動這件事情向正確的方向發展。”李智軍說，幸運的是成勘院尤其是鄭聲安是一位愿意處理棘手問題的改革者。李智軍認為，人在社會中也是呈正態分布的，真正具有創新精神者至多占5%。“達索系統的合作伙伴大多都是這樣的人。”他補充說道。

3 D0 S% n- C. U) e' i      “總會有那么一個困難的時刻。”達索系統亞太地區及全球直銷渠道執行副總裁羅熙文（Sylvain Laurent）說，關鍵不在于遇到的困難，而在于通過這個困難最后能夠獲得的科技創新。除了ENOVIA的應用，成勘院還將達索系統的著名三維設計軟件CATIA投入到其在建和設計中的所有水電站項目。這在減少設計錯誤的同時，使其最大限度地降低時間和成本的浪費。“我們能通過3D技術構建一個虛擬世界。”達索系統公司大中華區總裁王皓峰說道。這樣做并不是要用虛擬代替現實，其目的是“優化”—通過在虛擬世界的不斷嘗試，找出現實世界的最佳捷徑。鄭聲安在一次采訪中曾經說道：“已經無法計算達索系統的軟件為我們節省了多少成本，但如果沒有當初的合作，成勘院一定達不到今天的高度。”此外，成勘院甚至還應用達索系統的3DVIA Composer制作自己的三維出版物。

. i8 k( h- l4 H# p* n5 @1 l      兩方的合作漸入佳境。在出色完成錦屏大壩項目之后，成勘院與達索系統不斷攻城略地，他們共同為二灘、溪洛渡、向家壩等世界級特大型水電工程提供了設計解決方案。在達索系統的幫助下，成勘院如今的技術能力讓曾經對其嗤之以鼻的競爭對手都刮目相看。他們在最近幾年的國際招標當中，多次擊敗了來自于俄羅斯甚至是歐美的強大對手。2012年，達索系統與成勘院成為全球合作伙伴，并聯合創建了一座服務于水電行業的工程數字化創新中心。該中心位于成都，雙方均投入全職研發人員。其共同改進產生的水電數字化解決方案將被推向全球。
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* i0 h5 i5 B8 _' ~2 D& ^8 E- |9 D2 ~0 C9 P      這對于達索系統公司而言意義非凡。五年以前，中國企業對達索系統的認識還僅僅停留在這是一家售賣軟件的公司，甚至認為其軟件炫酷花哨，但并非實用。同時，對于這些企業主而言，購買這類軟件意味著一筆不菲的花費，至多只是一件錦上添花的事情。比如中國的建筑行業，眾多的建筑設計師們尚習慣用二維軟件去繪制成卷的圖紙；更不用提封閉落后的能源行業，他們一度對此態度冰冷。
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      達索系統在中國能源行業的作為為其推開了一堵沉重的閘門。與此同時，他們在建筑行業的嘗試也已經走向成熟。同樣是在2012年，達索系統宣布與中國最著名的公共工程公司之一—上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司（SMEDI）共同在上海建立研發中心，為橋梁道路、軌道交通、給水和污水處理設施等領域提供基于達索系統3D體驗平臺的數字化解決方案。樹立在中國南方江西省境內的一座名為贛江二橋的新型橋梁是雙方合作的最新范例。用不了多久，你可能就會在中國諸多的知名建筑中發現達索系統的身影。
兩年前，該公司面世的“3D體驗平臺”（3D EXPERIENCE）服務再一次改寫了制造業的歷史。它讓設計變得簡單而有趣，并且能夠使用戶提前體驗尚未投入制造的產品。與此同時，從上海世博會的虛擬展館到北京鳥巢體育場的建設，從和諧號高速列車到C919大飛機項目，達索系統在中國已經顯得無處不在。
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      長期以來，達索系統一直是創新的同義詞。它采取了各種措施，鼓勵開拓性的思維。Google允許工程師每周抽出一天時間來探索自己的想法，達索系統則允許公司的研究人員利用全部時間做同樣的事情。錢伯納在公司內部推行一項名為“創新激情”的公益企業計劃，使其尖端的3D技術能夠為歷史學家、考古學家、研究人員和各種發明人員所用，通過3D的仿真、建模以及在虛擬三維世界中的驗證，去解決或探索目前人類所面臨的一些問題，或者將某個領域的研究推向新高度。上面提到的“胡夫金字塔揭秘”、“Ice Dream”（冰山夢）和“數字巴黎”均誕生于此。他們最新的項目是通過對細小的癌細胞建模，逐漸發現了其在人體內擴張增生的規律曲線，這或許會成為該公司歷史上最驚人的成就。

      “瘋狂的人改變了世界。”錢伯納開始滔滔不絕地談論最近正在閱讀的斯蒂芬·茨威格（Stefan Zweig）所寫的《麥哲倫航海紀》。他最感興趣的是，麥哲倫離開港口之后，他的腦子里在想什么—“他難道不擔心哪天從地球的邊緣掉下去，那時候人們還不知道地心引力。”錢伯納最后說，如果未來要寫一本書，他會把與成勘院一起挑戰錦屏大壩的故事寫進去。
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