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

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

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..........................................7

七、原因分析..........................................8

八、要因确认9

九、制定对策13

十、对策实施14

、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31

一、小组概况

表17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

1

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。总干堤要求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。

南水北调中线干线工程路线

图2T南水北调中线干线工程路线图

2

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4匕沟力，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

3

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大马营东二匕沟排水倒虹吸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壬庄沟排水倒虹吸

三、选题理由

选定课题版少南水北调中线工程排水制虹吸施工详图放计工日

图3T选题理由

4

四、活动计划

表4-1活动计划与实施表

计划线实黛境

活动内容与要求201U

PDCA活动计划

悔量教育活动要求1月2月3月4月5月6月7月

现状调查1.也门资料收集，找->

->

出主要问题；

端定目标学习QC小组2.根据现状调查情一

—►

活动指南,QC况，设定保题目标；

原因介析小组基R教程,3.针对同日攘行原因一

-►

学习了1?活旗程分析，对末端幌因逐项

要回，认序及活动方法。介析，进行要因确认;->

4.针N琬定的矍因制

附定对策定相应的对策。f

-►

r学习有关水

实，针对要国所制

工段计现程期范

对策实施定的林策，并经常对其->

和三维设计收件

进行检查。->

使用方法。

学习先旌质把对策实施后的数

1-►

效果检查量管理小场活动据与对策实能用的现状-►

经虬及裸霞目标撰行比九

->

巩因措施学习优秀质总结质果,H定以-►

量管理小组成果国措施,提出今后打算,

->

1活动总结实倒。H加整理报告。f

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H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%

5

根据各设计内容所需定额工H统计结果绘制排列图如图5—1。

平均一座倒虹吸

八详图设计工日

N二45累

97.8%O

4510计

93.3%

90频

88.9%

82.2%一^----80率

3670xtf%

60

73.3%50

40

2730

20

1942.10

18

14

9

43

111O

0

绘制水工绘制水工2计粒修计算统计水工结构与确定确定布置计算统计

CAD纲筋图CAD结构图设“快修纲筋工程号配箭方案设计结构型式方案与结构尺寸结构工程量

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%

制:号相眦脚、号粗涮ms肛曙婚糠价

6

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：

7K30.10

80

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26o

目标值设定

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

状

标

现

目

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。

7

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。

设计人员缺乏制

水文、地质等设计人员间沟虹吸结构与配筋

资料不完整通不及时设计知识和经验

图7-1原因分析关联图

8

八、要因确认

表87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

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

确认过程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

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22年<2年总计

确认过程

人数9110

调查显示：9般的设计人员CAD绘图软件4E用年限22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

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

确认结果

件，这不是制约设计工日的制约因素

确认结论非要因

9

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

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

确认过程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

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

确认结果

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

小组对10名设计人员的职称进行调查：

教授级助理工

职称高工工程师总计

确认过程高工程师

人数045110

调查显示：设计）1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

10

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

末端因水文、地质等资料不完整

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

确认过程础工作，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%o

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

11

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

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

深圳河治理黄贝第一次检查：13处3

岭倒虹吸第二次检查：3处1

确认过程

深圳河治理文锦第一次检查；11处2

渡倒虹吸第二次检查：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

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

确认结果

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。

缺乏自必吸CAD绘图林港元件库

设it人员CAD绘图软件操作不然排

设计蒙件不能自矶生成CAD例的图I

设计人员缺乏俐虹吸结构与配前

设H知识和老聆

段计人员间沟通不及时

水文、地质等资料不完整

缺乏快速修改CAD图的方法

图8-1要因确认结果

12

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97对策方案确定表

分析

序号要因对策选定对第

可实他性经济性实也效果

建立制虹吸基本不易参数化、

工作量大、

元件二维CAD绘费用低不易修改、不不选

缺乏倒虹吸不易实施

图模板库易重用

CAD绘图标

1

准元件库建立倒虹吸基本可参数化设计，

元件三维族里模易实他费用较高易修改,易重选定

板库用

需要软件研发人编制的我件要

编M软件自动生

员、经过大量的工

成二维CAD纲前费用高不选

费件编制周期长，程测试，实施

图

不易实施效果不易升估。

设计软件不

2

能自动生成

CAD制力图利用我院自主研软件已经过大

发的水工三维配量工程刚试，

易实睛费用低选定

筋软件自用生成运行稳定，效

二维CADiN前图果良好

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织设计工日

对策表”如下：

13

表9-2减少排水倒虹吸施工详图设计工日对策表

序号要因对策目标措施时间地点负责人

引进三维设计软件CATIA,对小组成员进

2011.1.9—王进丰

行软件的基本操作培训：

1.10

南阳

采用CATIA软件建立倒虹吸基本元件三2011.1.11

缺乏倒虹吸建立倒虹吸基绘制一座倒虹吸水

现场李小帅

维参数化模板库：—2.10

1CAD绘图标准本元件三维参1ZCAD结构图的工

设代张荣

元件库数化模板库日从14减少到8

处

小组成员通过三维结构模型自动生成二2011.2.11

黄少华

维CAD结构图，并计算统计结构工程量.-30

张菊红

对小组成员进行水工建筑物三维配筋软

2011.3.9—

件操作培训；杨新军

3.10

利用我院自主

南阳

设计软件不能研发的水工三泠制一座倒虹吸将CATIA建立的倒虹吸三维结构模型导2011.3.11

现场黄艳芳

2自动生成CAD维配筋软件自CAD钢筋图的工日入到三维配筋软件中：—3.16

设代

钢筋图动生成二维从19减少到11

姓

CAD钢筋图2011.3.17

利用三维配筋软件自动生成二维CAD钢黄少华

—7.25

筋图，并计算统计钢筋量。陈敬

对策表目标设定依据为：

目标1工日二绘制一座倒虹吸水工CAD结构图原工日X(一座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸

设计实耗工日)=14X(26/45)=8

目标2工日二绘制一座倒虹吸水工CAD钢筋图原工日X(一座倒虹吸设计目标工日/一座倒虹吸

设计实耗工日)=19义(26/45)=11

14

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

三维设计基本概念与2011.1.9上午南阳设代处

1王进丰

CATIA基本操作（2.5小时）会议室

CATIA草图设计、零件2011.1.9下午南阳设代处

2王进丰

设计、装配设计（2.5小时）会议室

CAITA建立水工建筑物

2011.1.10上午南阳设代处

3三维参数化模板库及其王进丰

（2.5小时）会议室

使用方法。

利用三维设计模型自动

2011.1.10下午南阳设代处

4生成水工CAD结构图，王进丰

（2.5小时）会议室

自动计算结构工程量。

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

掌握熟练程度

序号姓名培训考试成绩（百分制）

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10T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

16

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

10-2o

蜀,管顶完=13.70

向顶板厚=0.85®

省,冷离=3.e*

④'底板原=0.9»

YT.包墙克.=0.B5a

•哥•他角度tr

YTftl角星目尺寸=O.25m

・日.管身水平长度112.9811

・@'营％俄比、=0.111111111

国,洞法口帐面00正卒役.=15n

曲'洞透口顶面单径'=2r>

.濡墙庠=0.85m

=2.9细

•由造口由潭（含底板尺寸）6a

YTT口齿克=O.3i>

响也坡角.“5d”

'下也深=0.5»

省下也完:0.54

向上出深=0.5»

•育上也克=0.54

响管身创墙有无F

-仃'下齿方无=】

向上齿白无=0

十】风墙或比=0.158

•日’问口庆面贴向小平储位.-1.-Ka.

t-f俎口:面贴角小平偏性=1.75m

上脚■制角军径.15JM

…堵”-…

靠cm.

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CAT1A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。

17

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。

多洞进出口

入量郎直

-E外洞-进出口段-错直-底直-顶弧

-山多洞-进出口段-铅直-底弧直-顶丸

-门।多洞-进出口段-错百-底大瓠亘-及孤

-两多洞-进出口段-错直-底直弧直-及莫

-TI多洞-迸出口段-铅百-底百菰百一顶百

-用多洞-出口段-错亘-底亘-顶直

L何多洞-进出口段-铅宜-底直-顶证2多洞也口段...直-顶直多泪-遥出口...-顶弧2

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。

18

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。

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