减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日(1).doc

精选资料

减少南水北调中线工程排水倒虹吸
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

二〇一二年三月
可修改编辑
精选资料

目 录

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 6
七、原因分析 7
八、要因确认 9
九、制定对策 13
十、对策实施 15
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 30

可修改编辑
一、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
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
1

33
博士
工程师
组长
组织实施
2

49
大学
高级工程师
组员
技术指导
3

30
大学
工程师
组员
三维设计
4

32
硕士
工程师
组员
三维设计
5

32
硕士
工程师
组员
三维设计
6

32
硕士
工程师
组员
设计校核
7

40
硕士
高级工程师
组员
技术指导
8

40
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任公司承担陶岔至鲁山段约215km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。

陶岔至鲁山段

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

五、现状调查
小组对本公司排水倒虹吸施工详图的设计定额工日进行了统计分析，如下表5－1。
表5-1 　　 排水倒虹吸施工详图设计定额工日统计表
序号
设计内容
定额工日
累计定额工日
频数
累计频率
1
绘制水工CAD配筋图
19
19
42.2%
42.2%
2
绘制水工CAD结构图
14
33
31.1%
73.3%
3
设计校核
4
37
8.9%
82.2%
4
计算统计钢筋工程量
3
40
6.7%
88.9%
5
水工结构与配筋方案设计
2
42
4.4%
93.3%
6
确定水工建筑物结构型式
1
43
2.2%
95.6%
7
确定建筑物布置方案与结构尺寸
1
44
2.2%
97.8%
8
计算统计结构工程量
1
45
2.2%
100%
根据各设计内容所需定额工日统计结果绘制排列图如图5－1。

图5-1 排水倒虹吸施工详图设计额定工日排列图

从排列图中看出： “绘制水工CAD结构图” 、“绘制水工CAD钢筋图” 占倒虹吸施工详图设计工日的73.3%

六、目标设定
为了满足业主对80座倒虹吸施工详图设计必须在7个月内完成的工期要求，同时结合公司人力资源现状，安排10名设计人员在7个月内完成80座倒虹吸施工详图设计，平均一座倒虹吸要求的工日：

目前设计能力为每座倒虹吸实耗工日45。因此目标值设定为：将平均一座排水倒虹吸的施工详图设计工日从45减少到26。

图6-1 目标值设定

根据现状调查统计，“绘制水工CAD结构图”、 “绘制水工CAD钢筋图”耗费工日多是本课题症结所在，小组决定从提高CAD结构图和钢筋图的设计效率入手，实现目标。

七、原因分析
小组成员分析了“绘制水工CAD结构图”、 “绘制水工CAD配筋图” 耗费工日多这2个主要问题，找出了耗费工日的的原因，绘制原因分析关联图如下图7－1。

图7-1 原因分析关联图

八、要因确认
表8-1 末端因素1确认表
末端因素1
缺乏倒虹吸CAD绘图标准元件库
确认过程
标准元件库是具有标准结构，能修改尺寸的常用建筑物元件图。对倒虹吸基本元件的种类个数进行统计，共127个。
基本元件
挡墙
进口段
管身斜段
管身斜弧平段
管身平段
出口段
种类个数
15
32
16
16
16
32
由于我院采用的二维CAD绘图软件没有参数化设计功能，建立的标准元件如果要进行尺寸修改的话，很不方便。
根据我院以往深圳河治理黄贝岭和文锦渡倒虹吸等工程，设计人员没有建立任何倒虹吸CAD绘图标准元件库，建库率为0。所有的倒虹吸结构采用二维绘图设计软件一笔一画重新绘制，经过统计平均每座倒虹吸实耗14工日。
确认方法
现场调查
确认地点
南阳设代处
确认时间
2011.1.4
确认人
张菊红、张荣
确认结果
未建立倒虹吸标准元件库，绘图效率低，消耗大量工日。
确认结论
要 因

表8-2 末端因素2确认表
末端因素2
设计人员CAD绘图软件操作不熟练
确认过程
QC小组对设计人员CAD绘图软件使用年限进行现场调查：
使用CAD绘图软件年限
≥2年
<2年
总计
人数
9
1
10
调查显示：90%的设计人员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，能熟练操作CAD绘图软件，这不是制约设计工日的制约因素
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
0
4
5
1
10
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≤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CAD图的方法
确认过程
小组对以往倒虹吸工程施工设计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
第一次检查：13处
3
第二次检查：3处
1
深圳河治理文锦渡倒虹吸
第一次检查：11处
2
第二次检查：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。

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

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

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结构图原工日×（一座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸设计实耗工日）=14×（26/45）=8
目标2工日=绘制一座倒虹吸水工CAD钢筋图原工日×（一座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸设计实耗工日）=19×（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
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，根据三维结构模型自动生成二维CAD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
2
CATIA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
3
CAITA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
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
杨新军
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：
① 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。

图10-2倒虹吸进口段结构设计参数
②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”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

③ 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结构图
小组人员通过三维结构模型自动生成二维CAD结构图，并计算统计结构工程量，此步骤由黄少华、张菊红负责。
在CATIA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。

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结构图，如图10-7。

图10-7 自动生成二维CAD结构图

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。

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。

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表

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。
表10-4 三维配筋软件培训计划表
序号
培 训 内 容
主讲人
培训时间
培训地点
1
三维配筋基础理论
杨新军
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
杨新军
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钢筋图、自动计算统计配筋量
杨新军
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
杨新军
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 中间转换数据格式对比分析表

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
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（如图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。

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

十一、检查效果
实施对策前后工日统计表如下表11－1。
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
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” 、“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。

形成了排水倒虹吸结构与配筋三维设计流程，如下图11－2。

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：
Ø 三维设计可自动生成工程CAD结构图和钢筋图，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；
Ø 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；
Ø 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×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×5天×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活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。

图12-2 QC成果推广应用证明

图12-3分水闸施工详图三维设计
表12-1 南水北调中线一期工程排水分水闸施工详图三维设计工日统计表

十三、总结及进一步打算
总结：
三维设计具有直观可视、修改方便等优点，能显著缩短工时、减少绘图出错率，将成为未来水利工程设计手段的主流。
通过本次活动，培养了小组成员质量意识、问题意识和运用PDCA循环进行课题攻关的能力，增强了小组成员解决问题的能力及团队合作精神。
表13-1 活动前后小组QC能力对比表

图13-1 活动前后小组QC能力对比柱状图

进一步打算：
QC小组是参与技术管理、质量管理行之有效的途径，提供了成员发挥特长的平台，下一步我们将以“渠道三维设计”为课题继续开展QC小组活动，为后续工程更好的提高设计效率，为业主提供更优质的服务。

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