基于Tekla鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)技巧研究

潘爽

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在現(xiàn)代建筑建造中發(fā)揮著巨大作用，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的興起成為工程建設(shè)領(lǐng)域里程碑式的發(fā)展，為解決傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)深化手工制圖難度大的問題，國(guó)內(nèi)外很多設(shè)計(jì)單位、工程項(xiàng)目中都會(huì)采用Tekla來輔助完成鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量。在此梳理了BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，剖析Tekla建模準(zhǔn)則，并針對(duì)具體問題提出了解決方法。

關(guān)鍵詞：Tekla;鋼結(jié)構(gòu);深化設(shè)計(jì)

1背景

在大型公共建筑中常含大量鋼結(jié)構(gòu)和異形幕墻，主體結(jié)構(gòu)形式多為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，部分為鋼和混凝土的混合結(jié)構(gòu)，面對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體體量大、構(gòu)件及零部件形式多，如T形支撐，H型鋼，箱環(huán)梁，曲形支撐等，多樣的構(gòu)件組合導(dǎo)致連接有多種形式，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)無法給定準(zhǔn)確圖紙，施工時(shí)很多節(jié)點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)截面不整合的情況，因此鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工成為工程項(xiàng)目建設(shè)一大難題。

2 BIM技術(shù)綜合應(yīng)用體系

項(xiàng)目在設(shè)計(jì)施工圖階段利用Tekla軟件參數(shù)化、可視化、模型信息的關(guān)聯(lián)性等特點(diǎn)完成鋼結(jié)構(gòu)二維圖紙到三維立體模型的轉(zhuǎn)換。同時(shí)運(yùn)用Revit軟件完成混凝土土建模型，運(yùn)用MagiCAD軟件完成給排水、電氣、暖通及消防模型的建立。最后將鋼結(jié)構(gòu)模型、土建模型、安裝模型整合導(dǎo)入Navisworks軟件進(jìn)行全專業(yè)模型碰撞檢查，結(jié)合碰撞檢查報(bào)告，根據(jù)設(shè)計(jì)施工規(guī)范優(yōu)化模型，根據(jù)優(yōu)化完成的工程模型導(dǎo)出項(xiàng)目文件檢查校驗(yàn)。

通過Unity 3D對(duì)綜合工程模型的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)細(xì)部進(jìn)行精細(xì)化處理并在Unity中添加交互動(dòng)作，生成視頻和全景圖。最終將Unity 3D的模型方案上傳BIMVR，生成VR三維動(dòng)態(tài)觀察文件。運(yùn)用VR虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)在虛擬世界體驗(yàn)建筑空間感、建筑空間設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有無壓迫感以及設(shè)計(jì)美感等感官體驗(yàn)。

3 Tekla 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3.1 Tekla建模目的、規(guī)范及原則

建模主要限于根據(jù)施工圖完成，目的是完成施工圖優(yōu)化和深化設(shè)計(jì)，減少施工過程中的返工率;2018及其之前的revit版本并不支持鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)框架建模也比較復(fù)雜，在之后的版本中雖然增加了鋼結(jié)構(gòu)模塊，但其節(jié)點(diǎn)庫(kù)與Tekla相比不夠完善，參數(shù)聯(lián)動(dòng)性也不夠?qū)I(yè)。Tekla專精于建筑工程的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計(jì)，經(jīng)過多年的專業(yè)研究積累了豐富的節(jié)點(diǎn)庫(kù)，可精細(xì)化處理結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)支撐、零件荷載進(jìn)行分析，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變復(fù)核，從而輸出更為精確匹配的工程圖紙。

第一階段中遵循《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）、《點(diǎn)支式玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程（CECS127：2001）》等一系列建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，利用Tekla軟件建立的鋼結(jié)構(gòu)模型主要用于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，使復(fù)雜節(jié)點(diǎn)清晰呈現(xiàn)，更直觀的解讀復(fù)雜的二維圖紙，攻克二維平面設(shè)計(jì)的技術(shù)性難題。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的原則除了保證安全，還要經(jīng)濟(jì)，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)該與施工安裝水平相一致。

在第二階段中將Tekla建立的鋼結(jié)構(gòu)模型與其他專業(yè)模型相整合，主要是協(xié)調(diào)好鋼結(jié)構(gòu)與其他專業(yè)設(shè)計(jì)方案的配合，處理好土建鋼筋預(yù)留洞、機(jī)電設(shè)備預(yù)留洞、幕墻連接件等前期設(shè)計(jì)任務(wù)[1]，對(duì)已優(yōu)化的管線設(shè)計(jì)完成進(jìn)一步的鋼結(jié)構(gòu)管道支架設(shè)計(jì)，為保證鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量及安全問題，根據(jù)已校核的設(shè)備及管線荷載，對(duì)于機(jī)電設(shè)備和管線的吊裝禁止采用焊接方式，只能選擇抱箍形式。

完成好兩個(gè)階段的任務(wù)之后，可以利用Tekla出圖功能滿足鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)出圖的需要。建立的鋼結(jié)構(gòu)模型涵蓋了基本參數(shù)、工作流程、分析的全部參數(shù)信息，圖紙和報(bào)告整合之后可輸出所需文件，有效解決鋼結(jié)構(gòu)施工單位構(gòu)件從實(shí)際生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)安裝的各種各樣的問題[2]。

3.2 Tekla建模范圍與基點(diǎn)選擇

在BIM技術(shù)的綜合運(yùn)用中，通常會(huì)使用多種BIM設(shè)計(jì)軟件對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行多方面考察，實(shí)現(xiàn)模型在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段的一模多用，為避免模型文件互導(dǎo)的過程中出現(xiàn)不必要發(fā)生的錯(cuò)誤，節(jié)省建模時(shí)間和工作量，在項(xiàng)目開始之初，一定要熟讀圖紙，了解圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求和指標(biāo)，使用項(xiàng)目統(tǒng)一的模板文件，設(shè)置好項(xiàng)目基準(zhǔn)點(diǎn)、項(xiàng)目測(cè)量點(diǎn)及項(xiàng)目信息，定義基點(diǎn)的內(nèi)容包括在工程屬性欄目中。在創(chuàng)建基點(diǎn)之前需要知道參考模型的坐標(biāo)或在IFC文件輸出中使用的坐標(biāo)。

3.3 Tekla與其他BIM結(jié)構(gòu)模型關(guān)系

IFC（Industry foundation classes）是目前建筑行業(yè)普遍認(rèn)可的國(guó)際性公共數(shù)據(jù)文件格式標(biāo)準(zhǔn)，它也是解決Tekla Structure與Autodesk Revit模型互導(dǎo)問題的橋梁，該文件格式在大部分的BIM軟件中都有良好的兼容性，但是，由于Tekla Structure軟件為每個(gè)組件指定了所需的參數(shù)屬性列，雖然Revit軟件可以在后期自行添加參數(shù)屬性列，并完善信息描述，但在導(dǎo)入之初Autodesk Revit軟件中鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件屬性欄目不及Tekla Structure軟件設(shè)置齊全，所以在互導(dǎo)的過程中空間的元素、材料和形狀等屬性。有時(shí)會(huì)在傳遞過程中發(fā)生丟失。Revit接收ifc格式文件有兩種方式，一種是通過鏈接綁定將模型導(dǎo)入。但這種方式通常無法捕捉點(diǎn)從而不能被Revit識(shí)別，綁定后也會(huì)影響原始坐標(biāo)[3]，為保證模型互導(dǎo)的準(zhǔn)確性及可行性，我們一般采用另一種方法通過插件中“Tekla輸入”功能導(dǎo)入，并能以這種方式識(shí)別點(diǎn)。

4 Tekla深化設(shè)計(jì)難點(diǎn)

4.1桿件編號(hào)錯(cuò)誤或不連續(xù)

在建模過程中有時(shí)會(huì)被構(gòu)件編號(hào)不連續(xù)的情況所影響，檢查過后發(fā)現(xiàn)編號(hào)時(shí)并未出錯(cuò)，原因很可能是一些部件在建模時(shí)被編號(hào)，但后面該構(gòu)件被刪除了。通常情況下，在軟件中刪除后，數(shù)字編號(hào)是空缺的?？梢酝ㄟ^去“設(shè)置”欄中點(diǎn)擊“編號(hào)”命令，將“重新使用老編號(hào)”選項(xiàng)打開。也可在最終出圖之前選中所有桿件，單機(jī)工具組中“工具”，再點(diǎn)擊“編號(hào)”按鈕，運(yùn)行“取消所選桿件編號(hào)”的命令，然后將構(gòu)件再一次編號(hào)，這樣不僅能避免跳號(hào)的情況，還可以最大程度合并相同構(gòu)件。

4.2設(shè)計(jì)圖節(jié)點(diǎn)與軟件節(jié)點(diǎn)庫(kù)不匹配

按照?qǐng)D紙要求，部分圖紙初步設(shè)計(jì)上的節(jié)點(diǎn)，不能通過軟件中積累的節(jié)點(diǎn)庫(kù)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)一次性設(shè)定完成。軟件不提供可選的節(jié)點(diǎn)，但可以自行定義用戶個(gè)人節(jié)點(diǎn)，我們可以根據(jù)需要，在原始節(jié)點(diǎn)位置建立兩個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn)，將所需節(jié)點(diǎn)炸開后再將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)合并。做好節(jié)點(diǎn)后，使其成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)整體，定義成用戶個(gè)人節(jié)點(diǎn)，然后就可以在工程中規(guī)模化的復(fù)制粘貼，有效減少漏選漏焊情況，提高建模準(zhǔn)確性。

4.3定位不準(zhǔn)而產(chǎn)生的碰撞

模型建立完成后，需要檢查構(gòu)件間的碰撞問題，最常見的情形就是在創(chuàng)建零件時(shí)，沒有確定具體的連接點(diǎn)，需要建立點(diǎn)來放置定位，其次是定位點(diǎn)建立后的拖動(dòng)修改，很容易發(fā)生定位不準(zhǔn)確和零件碰撞的現(xiàn)象。最后螺栓和部件復(fù)制不到位是也會(huì)對(duì)碰撞問題有直接影響，因?yàn)槁菟◤?fù)制必須要連接件完全一致。否則，會(huì)與連接器上沒有孔的螺栓發(fā)生碰撞。

4.4出圖步驟繁瑣造成圖紙不精確

鋼結(jié)構(gòu)圖紙深化設(shè)計(jì)工作對(duì)設(shè)計(jì)人員是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)，需要圖紙深化人員對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有深入了解和研究，積累了鋼結(jié)構(gòu)工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，處理好出圖時(shí)圖紙大小和比例，視圖選擇，尺寸標(biāo)注，圖紙背景色，零件標(biāo)志，定位標(biāo)志，文本說明，3D效果圖等一系列繁瑣設(shè)置，每一步的失誤都很容易造成后期調(diào)圖困難。我們可以按照出圖規(guī)范在軟件中保存一套出圖設(shè)置或建立常用快捷鍵，提高出圖效率和準(zhǔn)確性。

5 Tekla鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)技巧總結(jié)

Tekla Structure軟件的功能組合了實(shí)體建模，鋼筋混凝土設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)分析，鋼結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)等多項(xiàng)專業(yè)應(yīng)用模塊。簡(jiǎn)潔明了的軟件操作界面方便初學(xué)者使用，對(duì)于常規(guī)構(gòu)件和復(fù)雜異形面構(gòu)件，TeklaStructure都能方便快捷的處理。同時(shí)Tekla Strueture強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交互功能使得他與其他BIM應(yīng)用程序搭配融洽，方便不同專業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)統(tǒng)一的參考模型不用方面的設(shè)計(jì)和分析，或使用各種軟件，以促進(jìn)項(xiàng)目并行，加快設(shè)計(jì)工作，極大地方便了設(shè)計(jì)和修改設(shè)計(jì)。軟件一般都能滿足實(shí)際需求，在建模之前一定要先熟悉圖紙，理解圖紙，建模過程中可以在尊重原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上提出合理建議，完成建模工作后要將模型功能物盡其用，在此希望運(yùn)用Tekla完成鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)師們以軟件操作為基礎(chǔ)，實(shí)際應(yīng)用為首要，不忽視建筑設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)、美觀、實(shí)用的四項(xiàng)基本原則，打開創(chuàng)造與想象力，不斷突破束縛，展現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的獨(dú)特魅力。

參考文獻(xiàn)

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[2] 盧巧玲.Tekla在鋼結(jié)構(gòu)工程深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科學(xué)與財(cái)富，2017（34）：5-6.

[3] 許亞磊，曹輝發(fā)，宋理志.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)BIM中Tekla Structure模型導(dǎo)入Revit時(shí)數(shù)據(jù)信息完整性的分析[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2018，20（5）：109-113.