鋼斜梯三維建模研究

劉力耘，郝軍茹，李艷陽(yáng)，薛 烈

（1.東北電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)春 130021；2.國(guó)網(wǎng)白城供電公司，吉林 白城 137000）

在火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中，越來(lái)越多地應(yīng)用三維設(shè)計(jì)對(duì)工程模型進(jìn)行碰撞檢查［1］。AVEVA公司開發(fā)的三維設(shè)計(jì)程序Plant Design Management System（以下簡(jiǎn)稱PDMS）可以用于土建結(jié)構(gòu)專業(yè)的各種結(jié)構(gòu)建模，利用該軟件建模具有完整、真實(shí)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)平面布置中很難發(fā)現(xiàn)的空間位置錯(cuò)誤，包括本專業(yè)的構(gòu)件之間以及本專業(yè)構(gòu)件與外專業(yè)設(shè)備之間的空間位置錯(cuò)誤［2］。本文基于印度某工程中大量遇到的鋼斜梯建模為例，探討了2種鋼斜梯建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)軟件工具問題進(jìn)行了深入分析，并通過(guò)編程修正了軟件錯(cuò)誤，為更好地應(yīng)用三維軟件進(jìn)行鋼斜梯建模提出了正確方法。

在火力發(fā)電廠的設(shè)計(jì)中，越來(lái)越多地應(yīng)用三維設(shè)計(jì)對(duì)工程模型進(jìn)行碰撞檢查［1］。AVEVA公司開發(fā)的三維設(shè)計(jì)程序Plant Design Management System（以下簡(jiǎn)稱PDMS）可以用于土建結(jié)構(gòu)專業(yè)的各種結(jié)構(gòu)建模，利用該軟件建模具有完整、真實(shí)的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)發(fā)現(xiàn)平面布置中很難發(fā)現(xiàn)的空間位置錯(cuò)誤，包括本專業(yè)的構(gòu)件之間以及本專業(yè)構(gòu)件與外專業(yè)設(shè)備之間的空間位置錯(cuò)誤［2］。本文基于印度某工程中大量遇到的鋼斜梯建模為例，探討了2種鋼斜梯建模方法的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)軟件工具問題進(jìn)行了深入分析，并通過(guò)編程修正了軟件錯(cuò)誤，為更好地應(yīng)用三維軟件進(jìn)行鋼斜梯建模提出了正確方法。

1 三維技術(shù)在土建設(shè)計(jì)中鋼斜梯建模的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前應(yīng)用PDMS的土建模塊對(duì)鋼斜梯建模有2種建模方法：一種在原有的PDMS程序中主菜單design－structures－ASL Modeller模塊下Createstair可以對(duì)鋼斜梯建模；另一種就是需要在原有PDMS程序中加入軟件ACN tools，利用這一軟件中的結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)工具鋼樓梯輔助建模，可以方便地建立鋼斜梯模型。第一種建模方法僅可用于不多于18級(jí)臺(tái)階和鋼梯角度為30°～50°的鋼梯，具有很大的局限性。印度某工程循環(huán)水管坑內(nèi)鋼斜梯角度為59°，上述方法并不適用，故只能采用第二種方法。

2 兩種鋼斜梯建模方法的應(yīng)用

2.1 利用Modellor模塊對(duì)鋼斜梯建模

印度某工程循環(huán)水管坑內(nèi)鋼斜梯的建模時(shí)，利用PDMS程序中主菜單design－structures－ASL Modellor模塊下Create－stair對(duì)鋼斜梯建模，結(jié)果由于該鋼斜梯角度為59°，超出了該程序的限制，建模失敗。這說(shuō)明利用該程序?qū)︿撔碧莸慕＃绦蛳拗其撔碧葜荒苁窃?0°～50°的角度范圍才可以實(shí)現(xiàn)，如果鋼斜梯角度小于30°或者大于50°就會(huì)導(dǎo)致鋼斜梯建模失敗。程序限制鋼斜梯臺(tái)階數(shù)只能是小于等于18級(jí)，鋼斜梯臺(tái)階數(shù)超過(guò)18級(jí)，同樣會(huì)導(dǎo)致鋼斜梯建模失敗。

2.2 利用ACN tools方法對(duì)鋼斜梯建模

印度某工程循環(huán)水管坑內(nèi)鋼斜梯建模時(shí)，在原有PDMS程序中加入軟件ACN tools，利用這一軟件中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輔助工具鋼樓梯輔助建模。建模結(jié)果為：鋼斜梯的外形符合設(shè)計(jì)要求，但是在對(duì)斜鋼梯的扶梯建模中扶梯外形出現(xiàn)錯(cuò)誤（見圖1）。

圖1 原有程序中出現(xiàn)的模型錯(cuò)誤

該模型中鋼斜梯的扶手端部彎頭本來(lái)應(yīng)向下彎曲，卻出現(xiàn)了向上彎曲，扶梯節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤導(dǎo)致鋼斜梯扶手建模失??；但是在對(duì)另一鋼斜梯的建模中卻發(fā)現(xiàn)鋼斜梯的扶手端部彎頭符合向下彎曲，鋼斜梯扶手建模成功。比較這兩個(gè)鋼斜梯，發(fā)現(xiàn)由于鋼斜梯角度不同，會(huì)出現(xiàn)兩種不同的結(jié)果，即程序設(shè)計(jì)對(duì)某些角度的鋼斜梯扶手建模會(huì)成功，而對(duì)另一些角度的鋼斜梯扶手建模會(huì)失敗，該公司承認(rèn)了程序中有錯(cuò)誤。目前應(yīng)用的PDMS為12.0版，而ACN tools程序卻是11.5版，ACN tools程序與PDMS為12.0版不配套，也未完善該程序。對(duì)于扶手端部彎頭彎曲方向問題，采用扭轉(zhuǎn)扶手端部彎頭彎曲方向方法，但是卻受到程序的限制，此解決辦法不可行。

32 種鋼斜梯建模方法的比較

3.1 輸入數(shù)據(jù)數(shù)量對(duì)比

利用Modellor模塊對(duì)鋼斜梯建模，輸入數(shù)據(jù)較少，鋼斜梯建模時(shí)僅需要輸入：斜梯方向、斜梯段高度、斜梯段水平長(zhǎng)度、梯梁高度、梯梁寬度、梯段凈寬、踏步板寬度、扶手形式等幾個(gè)數(shù)據(jù)即可快速對(duì)鋼斜梯建模；利用ACN tools方法對(duì)鋼斜梯建模，則需要輸入較多的數(shù)據(jù)，需要對(duì)鋼斜梯的建立樓梯、建立扶手、碰撞空間3個(gè)子程序分別輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，如表1所示，輸入數(shù)據(jù)的過(guò)程過(guò)于復(fù)雜、煩瑣。

3.2 輸入角度對(duì)比

表1 ACN tools方法建模輸入?yún)?shù)表

利用Modellor模塊對(duì)鋼斜梯建模，受到PDMS程序限制：鋼斜梯角度必須在30°～50°，鋼斜梯臺(tái)階數(shù)不能超過(guò)18階，而利用ACN tools方法對(duì)鋼斜梯建模，對(duì)鋼斜梯角度和臺(tái)階數(shù)不限制。

3.3 鋼斜梯扶手節(jié)點(diǎn)對(duì)比

利用Modellor模塊對(duì)鋼斜梯建模，不需要輸入鋼斜梯的扶手?jǐn)?shù)據(jù)，但是建立的模型節(jié)點(diǎn)是突出的圓球形狀，不符合實(shí)際工程的鋼斜梯的扶手外形（見圖2）。

圖2 鋼斜梯扶手節(jié)點(diǎn)建模

利用ACN tools方法對(duì)鋼斜梯扶手建模，需要輸入多個(gè)鋼斜梯扶手?jǐn)?shù)據(jù)，建立的模型節(jié)點(diǎn)是圓滑對(duì)接形狀，符合實(shí)際工程的鋼斜梯的扶手外形，模型效果見圖3。

4 解決方法

圖3 ACN tools方法建立的鋼斜梯扶手模型

上述2種鋼斜梯建模方法均不能完全解決本工程建模。利用Modellor模塊對(duì)大于50°鋼斜梯無(wú)法建模，且斜梯扶手節(jié)點(diǎn)處為突出的球形，外形不美觀，不符合工程實(shí)際外觀；利用ACN tools方法雖然能夠建出鋼斜梯模型，但是鋼斜梯的頂部扶手彎曲方向不能滿足工程要求。

利用Modellor模塊對(duì)大于50°鋼斜梯無(wú)法建模的關(guān)鍵問題是角度限制和樓梯級(jí)數(shù)的限制及鋼斜梯扶手不能滿足工程要求，經(jīng)過(guò)下面的改進(jìn)操作最終較完美地解決了鋼斜梯建模問題。

a.對(duì)于角度限制，通過(guò)修改文件＼AVEVA＼Plant＼PDMS12.1.SP2＼PDMSUI＼des＼access＼mstairtl的第59行的兩個(gè)角度限制（見圖4）。

b.對(duì)于樓梯級(jí)數(shù)的限制，可以修改圖5所示的5個(gè)文件（每個(gè)文件對(duì)應(yīng)不同的樓梯種類）中相同的的6行代碼，將其用——注釋掉，程序即不判斷級(jí)數(shù)是否超限，可建出級(jí)數(shù)較多的樓梯。

圖4 修改第59行的角度限制

圖5 修改5個(gè)文件中相同的的6行代碼

c.對(duì)于鋼斜梯扶手不能滿足工程要求問題，可以在建成鋼斜梯后，刪除該節(jié)點(diǎn)。按照該方法經(jīng)過(guò)實(shí)際建模，解決了節(jié)點(diǎn)問題，但是由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，刪除時(shí)可以采取有條件挑選節(jié)點(diǎn)加入list表后，再刪除該表內(nèi)的節(jié)點(diǎn)則比較簡(jiǎn)便。

5 結(jié)束語(yǔ)

在應(yīng)用Modellor模塊對(duì)鋼斜梯建模時(shí)，應(yīng)該注意修改樓梯的限制、樓梯級(jí)數(shù)的限制以及樓梯扶手的節(jié)點(diǎn)才能滿足工程實(shí)際要求。

在應(yīng)用ACN tools軟件建模時(shí)，應(yīng)該注意鋼斜梯的扶手頂部彎曲方向是否滿足工程要求。應(yīng)用ACN tools軟件建模，輸入?yún)?shù)太多，參數(shù)之間還要考慮相互關(guān)系，因?yàn)閰?shù)之間有相關(guān)性，需要反復(fù)調(diào)整參數(shù)，才能滿足工程實(shí)際要求。該建模方法不易掌握，工程中不建議采納。

［1］李松，田質(zhì)一，劉學(xué)新.通過(guò)接口轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)快速建模［J］.吉林電力，2012，40（4）：41－43.

［2］李松.應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件計(jì)算土建異形構(gòu)件體積［J］.吉林電力，2012，40（1）：23－24.