p减少南水北调中线工程排水倒虹吸施工详图设计工日.doc

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小组二一二年三月Highway 1/2. Rail transportation and land use there . Big. Urban rail transit as a low-pollution urban public transport has become a major positive development and construction of the city's main transport infrastructure through the construction of urban rail transit will help curb rapid growth in traffic demand and help reduce the core frequency 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133博士工程师 组长组织实施249大学高级工程师 组员技术指导330大学工程师 组员三维设计432硕士工程师 组员三维设计532硕士工程师 组员三维设计632硕士工程师 组员设计校核740硕士高级工程师 组员技术指导840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51。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191942.2%42.2%2绘制水工CAD结构图143331.1%73.3%3设计校核4378.9%82.2%4计算统计钢筋工程量3406.7%88.9%5水工结构与配筋方案设计2424.4%93.3%6确定水工建筑物结构型式1432.2%95.6%7确定建筑物布置方案与结构尺寸1442.2%97.8%8计算统计结构工程量1452.2%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51。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71。 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153216161632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9110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045110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 2CATIA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 3CAITA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： 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 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111。 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112。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+16055（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。31