關(guān)于Cero AFX 模塊在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

汪佳君

中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司

0 引言

三維軟件隨著發(fā)展日漸成熟，逐漸開(kāi)始模塊化、特質(zhì)化。為應(yīng)對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的需求，軟件公司開(kāi)發(fā)出對(duì)應(yīng)的三維設(shè)計(jì)模塊。其中對(duì)應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)模塊為AFX 模塊，AFX 模塊在鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)中非常便捷，但很少得到充分應(yīng)用。

AFK 模塊在三維設(shè)計(jì)中可極大提高鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率，而目前對(duì)AFX 模塊的應(yīng)用較為薄弱。本文結(jié)合實(shí)際案例的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用此模塊進(jìn)行總結(jié)論證，探討AFX 模塊的應(yīng)用前景。

1 應(yīng)用前景

1.1 比要性分析

隨著三維正向設(shè)計(jì)應(yīng)用的推廣，在三維軟件應(yīng)用方面發(fā)現(xiàn)許多新的問(wèn)題及新的解決方式。其中在型鋼的處理方面體現(xiàn)的尤為突出，設(shè)計(jì)中型鋼的拼接以及接頭處理不會(huì)對(duì)圖紙整體質(zhì)量產(chǎn)生影響。在三維軟件中，這些拼接及接頭會(huì)產(chǎn)生模型干涉現(xiàn)象，對(duì)三維模型、工程圖紙和施工圖紙的質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，對(duì)其處理的不當(dāng)可能造成整個(gè)項(xiàng)目的失敗，使用AFX 模塊對(duì)型鋼進(jìn)行處理問(wèn)題就迎刃而解。

1.2 實(shí)際運(yùn)用規(guī)劃

1）通過(guò)典型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)備（例如登船塔）的三維建模，充分了解AFX 模塊的應(yīng)用。在三維模型階段，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試，將AFX 模塊在實(shí)際應(yīng)用中遇到的錯(cuò)誤及問(wèn)題歸納總結(jié)作為后繼工作的基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)其中無(wú)法完成的模型或結(jié)果不盡如人意的模型結(jié)果，總結(jié)歸納遇到的問(wèn)題及難點(diǎn)。

2）將之前的三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖，解決轉(zhuǎn)化過(guò)程中的難點(diǎn)及其應(yīng)用方式的規(guī)范處理。其過(guò)程中可總結(jié)出與以往工程圖紙要求的不同之處。

3）總結(jié)得到一套AFX 建模實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化程序，以便規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)建模的方式方法。

對(duì)上述階段內(nèi)總結(jié)得到的問(wèn)題及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理，對(duì)其中能充分提高效率的方式方法進(jìn)行歸納，將AFX 模塊的應(yīng)用成果編制為實(shí)例，供設(shè)計(jì)人員參考。

以上為應(yīng)用的3 個(gè)階段，在每個(gè)階段均會(huì)有實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題及可能遇到困難進(jìn)行規(guī)劃及設(shè)想。

1.3 關(guān)鍵點(diǎn)

1）建立模型過(guò)程中應(yīng)用的方法因?yàn)榻２襟E及建立流程直接決定模型能否正確建立，避免干涉嚴(yán)重。所以，需依照設(shè)計(jì)思路進(jìn)行模型建立，完備模型建立的流程及步驟，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

2）二維工程圖紙的轉(zhuǎn)化結(jié)果的正確性 在得到完備的模型后，對(duì)其進(jìn)行二維工程圖轉(zhuǎn)化才能將三維模型轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢越桓兜脑O(shè)計(jì)成果。由于轉(zhuǎn)化過(guò)程中圖紙的問(wèn)題不可避免地會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)成果產(chǎn)生影響，也是問(wèn)題解決過(guò)程中需注意的地方，需對(duì)模型及以設(shè)計(jì)圖紙有所了解才能正確處理。

2 應(yīng)用實(shí)例

通過(guò)查閱PTC 用戶(hù)手冊(cè)及咨詢(xún)相關(guān)人員，對(duì)AFX設(shè)計(jì)模塊及三維中的設(shè)計(jì)流程進(jìn)行規(guī)劃。一般運(yùn)用AFX 模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，都是使用Top-Down 的設(shè)計(jì)流程，其中結(jié)合AFX 模塊對(duì)其進(jìn)行典型規(guī)劃，具體流程如圖1 所示。

圖1 典型規(guī)劃流程

2.1 參數(shù)配置

在運(yùn)用AFX 模塊之前，需對(duì)AFX 模塊進(jìn)行配置。在AFX 模塊的信息菜單中，選擇編輯安裝配置。在其中打開(kāi)AFX 選項(xiàng)對(duì)話框，更改AFX 的相關(guān)配置項(xiàng)。即可對(duì)AFX 模塊進(jìn)行系統(tǒng)性配置來(lái)滿(mǎn)足使用要求。配置中最主要的步驟是定義截面梁，截面梁為AFX 模塊中的標(biāo)準(zhǔn)界面庫(kù)，可理解為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，因Creo 中沒(méi)有中國(guó)國(guó)標(biāo)的型鋼截面，故其需自行配置截面梁。具體配置方式如下：

首先，Creo 中截面梁存儲(chǔ)位置為：XCreo3.0MXXXcommon Filesafxpartsprofiles 文件夾下，該文件夾的子文件夾steel_beams_mm 文件夾內(nèi)包含一組標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可通過(guò)修改該標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包的相關(guān)文件完成截面梁的設(shè)定。截面梁設(shè)定流程如圖2 所示。

圖2 截面梁設(shè)定流程

將截面梁設(shè)定并調(diào)用成功后，進(jìn)行AFX 模塊的實(shí)際應(yīng)用階段。在應(yīng)用前需特別注意，AFX 不能識(shí)別Creo 保存文件的后綴版本號(hào)，在三維模型和工程圖修改完成并保存后，必須到目錄中將前面的零件版本刪除，并將最后一個(gè)文件的版本號(hào)刪除。

2.2 結(jié)構(gòu)分解

登船塔根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行劃分，同時(shí)結(jié)合模塊的特點(diǎn)將登船塔中鋼結(jié)構(gòu)部分甄別出來(lái)，使用AFX 模塊對(duì)其進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。其他部分例如外購(gòu)件、過(guò)橋、轉(zhuǎn)盤(pán)等，使用Creo 其他模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，本文不進(jìn)行討論。

登船塔鋼結(jié)構(gòu)部分按照登船塔的組成分類(lèi)分別進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。登船塔鋼結(jié)構(gòu)共3 大類(lèi)：1）塔體 塔體為登船塔主體結(jié)構(gòu)，根據(jù)其中結(jié)構(gòu)情況還可分為鋼結(jié)構(gòu)及附件。2）欄桿 欄桿于每層均有。3）扶梯 連接每層的上下通道。其可分鋼結(jié)構(gòu)及其與每層連接的連接附件。

由于登船塔各個(gè)部分相對(duì)獨(dú)立，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)部分（如登船塔的塔體）采用AFX 分別設(shè)計(jì)每個(gè)模塊后進(jìn)行總體裝配，對(duì)于其他部分可采用自頂向下或自底向上的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用AFX 設(shè)計(jì)登船塔流程的如圖3所示。在此流程下，使用AFX 模塊完成三維正向設(shè)計(jì)。

圖3 AFX 設(shè)計(jì)登船塔流程圖

創(chuàng)建模型樹(shù)后，按照分類(lèi)將登船塔分為2 個(gè)層級(jí)。第一層級(jí)為登船塔總體劃分，第二層級(jí)為登船塔模塊劃分。第二層級(jí)劃分為塔體框架和扶梯2 個(gè)模塊。將登船塔作為整體項(xiàng)目的產(chǎn)品進(jìn)行層次劃分，有利于將來(lái)科研成果的拓展，可通過(guò)增加模塊量來(lái)增加登船塔的功能。

2.3 骨架模型建立

設(shè)計(jì)骨架創(chuàng)建完成后，可依據(jù)登船塔進(jìn)行骨架模塊結(jié)構(gòu)的布置。登船塔的設(shè)計(jì)是確定最大登高，以此為依據(jù)進(jìn)行每層高度的區(qū)分，可確定登船塔每層平臺(tái)位置。每層平臺(tái)通過(guò)四角的立柱連接支撐，平臺(tái)及立柱采用H形鋼。將以上內(nèi)容確定后，就可在骨架中創(chuàng)建結(jié)構(gòu)總體布局，如各層平臺(tái)中心面、橫向中心線、縱向中心面等。之后繪制H 形鋼放置曲線，如H 形梁豎直中心放置曲線、每層放置曲線。

隨后根據(jù)每層層高，按照通行要求，如是否雙通道扶梯、邊緣通行空間需留存多少、是否有其他通行要求，便可確定平臺(tái)大小及布置情況。然后，在對(duì)應(yīng)骨架層上應(yīng)用草繪功能，將平臺(tái)外形、平臺(tái)內(nèi)部開(kāi)口、通行通道、縱橫梁布置等位置尺寸，繪制于骨架模型內(nèi)。隨后將斜撐所需面創(chuàng)建出來(lái)，沿著創(chuàng)建的面與面的交線，將支撐繪制出來(lái)。最后，確定每塊斜撐上的節(jié)點(diǎn)板，根據(jù)節(jié)點(diǎn)板要求繪制外形，得到最終的骨架模型如圖4 所示。

圖4 骨架模型

2.4 設(shè)計(jì)深化

在繪制的骨架模型中，一步一步得到完成的登船塔的三維模型。同時(shí)根據(jù)計(jì)算過(guò)程中，截面梁確定的先后順序進(jìn)行截面梁的裝配、定義。最先裝配的是立柱，隨后是主梁及平臺(tái)的裝配。當(dāng)立柱平臺(tái)裝配到位，再裝配斜撐，最后是節(jié)點(diǎn)板。

當(dāng)?shù)谴黧w模型完成后，再對(duì)其中裝配的截面梁進(jìn)行調(diào)整，使其位置及定義均符合設(shè)計(jì)意圖。修改后，形成一個(gè)完成的三維模型文件。

在截面梁全部裝配、定義完成后即主裝配結(jié)束，需處理相關(guān)接頭，處理各截面梁之間交點(diǎn)及結(jié)合面，用來(lái)完善各截面梁的模型細(xì)節(jié)及信息。最后，通過(guò)連接器創(chuàng)建所有節(jié)點(diǎn)板的模型。

通過(guò)以上步驟即可完成登船塔三維模型，所有細(xì)節(jié)均為實(shí)體模型，具有依靠骨架模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。將來(lái)如遇雷同設(shè)計(jì)，即可通過(guò)調(diào)整骨架模型來(lái)調(diào)整三維模型。同時(shí)，三維正向模型的參數(shù)也會(huì)隨著骨架模型的變化而變化。

具備參數(shù)的三維模型轉(zhuǎn)化為二維工程圖共有5 個(gè)步驟：新建工程圖、添加視圖、添加剖面、尺寸及公差標(biāo)注、技術(shù)要求編寫(xiě)，與AutoCAD 出圖邏輯一致。本文可為將來(lái)三維正向推進(jìn)工作提供實(shí)例及依據(jù)。在三維設(shè)計(jì)中可提升整體設(shè)計(jì)效率，提高在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效率。

3 設(shè)計(jì)意義及后續(xù)展望

基于骨架模型建立的AFX 模型在后續(xù)登船塔項(xiàng)目中可直接修改應(yīng)用，因其采取模塊化布置，如有新功能需要添加可通過(guò)新增子模塊的方式增加新的功能，也可為后續(xù)設(shè)計(jì)留有接口。模型具有可衍生性、可再利用性、具有參數(shù)化修改性等特性。

本文完成登船塔的AFX 模塊建模，得到完整且可利用的三維模型及其二維工程圖。完成專(zhuān)用設(shè)備其中一個(gè)大類(lèi)的設(shè)備建模。之后，可以選擇設(shè)備專(zhuān)業(yè)其他大類(lèi)設(shè)備進(jìn)行嘗試建模、摸索規(guī)律。