Tekla二次開發(fā)自動建模在除塵器設計中的應用

摘要：為解決除塵器設計中，因除塵器設備大、結構復雜、參數(shù)多，導致的設計效率低、出錯率高等問題，根據(jù)Tekla三維軟件提供的二次開發(fā)接口，針對除塵器設計進行編程開發(fā)，編寫能夠自動創(chuàng)建除塵器模型的插件。以除塵器殼體為例，介紹用C#語言編寫能自動調用設計參數(shù)并快速創(chuàng)建殼體三維模型的插件。開發(fā)的建模插件經測試表明，此方法對提高除塵器的設計效率、準確度等方面均有良好的表現(xiàn)。

關鍵詞：Tekla自動建模二次開發(fā)除塵器

ApplicationofTeklaSecondaryDevelopmentAutomaticModelinginDustCollectorDesign

CHENWeibin

FujianLongkingEnvironmentalProtectionCo.，Ltd.，Longyan，F(xiàn)ujianProvince，364000China

Abstract：Tosolvetheproblemsoflowdesignefficiencyandhigherrorratecausedbylargeequipment，complexstructure，andmultipleparametersindustcollectordesign，programminganddevelopmentwerecarriedoutbasedonthesecondarydevelopmentinterfaceprovidedbyTekla3Dsoftwarefordustcollectordesign，andapluginthatcanautomaticallycreateadustcollectormodelwaswritten. Takingthedustcollectorshellasanexample，thisarticleintroducesapluginwritteninC#languagethatcanautomaticallycalldesignparametersandquicklycreateathree-dimensionalmodeloftheshell.Thedevelopedmodelingpluginhasbeentestedandproventohavegoodperformanceinimprovingthedesignefficiencyandaccuracyofdustcollectors.

KeyWords：Tekla;Automaticmodeling;Secondarydevelopment;Dustcollector

當前除塵器設計，多以CAD軟件的二維設計為主。為適應市場需求，提高設計質量，為此開始嘗試使用Tekla軟件進行除塵器三維設計。Tekla常用于鋼結構廠房、高層建筑[1]的設計，它能夠精確建模[2]，在制造領域具有很大的優(yōu)勢。但因除塵器設備結構復雜，構件多，三維建模困難，所以在除塵器的設計中應用較少。一臺百萬機組殼體的建模，耗時5～7d，效率低，易出錯。為提高效率，針對性對系統(tǒng)節(jié)點深化[3]、使用Tekla二次開發(fā)[4]編寫節(jié)點小插件，雖然提高一些效率，但還有很多步驟需要人工處理，不能滿足除塵器設計的效率要求。

為解決這一難題，針對性提出按整體自動建模的思路如圖1所示。通過尋找常規(guī)建模中，操作重復率高、易錯、繁瑣的步驟，梳理并制定規(guī)范的流程。根據(jù)各部件之間的邏輯關系，應用軟件自帶的TeklaOpenAPI開放接口，編程自動建模插件，提高除塵器設計效率。

1整體自動建模應用

1.1填寫數(shù)據(jù)表

把設計需要使用的數(shù)據(jù)編制成Excel表格，并按模板填寫，使之方便后續(xù)讀取識別。以國能（福州）二期2×660MW機組配套電除塵器為例，這是一臺百萬機組，模型龐大，應用參數(shù)多。為實現(xiàn)編程自動讀取數(shù)據(jù)，可先把結構計算后得到的各個構件型材截面數(shù)據(jù)，以及電除塵器跨距、室距、高度尺寸等數(shù)據(jù)，匯總到一張表格（表1）。對于有增減的電場數(shù)、室數(shù)，可以相應增減柱的行數(shù)，以及電場、室的間距數(shù)據(jù)單元格，這樣可適用于各種規(guī)模的除塵器設計。

1.2自動獲取數(shù)據(jù)

利用C#編程語言自動獲取第一步保存的表格數(shù)據(jù)。首先，把表格另存在D盤的特定文件夾內；其次，用C#讀取對應文件的DataTable對象；最后，逐行讀取數(shù)據(jù)，分別保存到預先定義好的參數(shù)中。對于一行有多個參數(shù)的可以保存在數(shù)據(jù)列表List<string>、List<double>中，方便后續(xù)的依次提取所需數(shù)據(jù)。主要代碼如下。

stringNAME數(shù)據(jù)庫=數(shù)據(jù)庫excel名稱（）;

stringPath="D：＼＼節(jié)點參數(shù)＼＼"+NAME數(shù)據(jù)庫;

stringname="0殼體";

DataTableDataSet2=ReadExcelToTable（Path，name）;

intK行=DataSet2.Rows.Count;//查詢表行數(shù)

for（intm=0;m<K行;m++）

{#遍歷所有行數(shù)據(jù)，提取數(shù)據(jù)并保存}

1.3自動創(chuàng)建軸線

通過Tekla軟件的API外接接口，利用已讀取保存的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)作為坐標軸定義的參數(shù)再創(chuàng)建軸網。首先把得到的數(shù)據(jù)List<double>S各室間距、List<double>S各電場間距、List<double>S各層標高，通過字符串的運算操作，定義X軸、Y軸、Z軸的坐標標簽。除了室間距、電場間距，可直接作為軸線的X軸、Y軸的參數(shù)，而Z軸的參數(shù)，須按殼體的柱底、柱頂，運算后作為軸線Z軸的參數(shù)。之后按坐標間距及標簽，自動創(chuàng)建軸線。為方便后續(xù)構件位置判斷和識別，可定義X軸正方向為煙氣方向，且以軸網的左下軸線交點為原點坐標，便于殼體Y方向構件的判斷。主要代碼如下。

GridGrid?;=newGrid（）;//定義軸網

Name="Grid";

Grid.CoordinateX=S各電場間距;

Grid.CoordinateY=S各室間距;

Grid.CoordinateZ=S各層標高;

Grid.Insert（）;//創(chuàng)建軸網

1.4自動創(chuàng)建立柱

在X軸、Y軸的交點，創(chuàng)建對應的立柱。這一步驟是整體自動建模的關鍵步驟，之后其他的構件創(chuàng)建，都是以立柱為參照物來定位和判斷構件類型。經參考大量電除塵器的設計圖紙可知，電除塵器的殼體立柱是按固定形式設計。原則是：4個角落是立柱，進口側、出口側是隔立柱，Y方向上下邊界是寬立柱，其余都為隔寬立柱。按這一原則進行自動化創(chuàng)建各類的立柱。建立的立柱可以先省略立柱和梁、墻板等其他構件的連接部分的構造，把這連接部分放到后面創(chuàng)建相連構件時創(chuàng)建。創(chuàng)建立柱這一功能類似Tekla軟件自帶可自定義的零件節(jié)點，它不依賴其他對象，僅自身就可以完整定義。但自定義零件節(jié)點的效率、靈活性不如二次開發(fā)插件，因此需要用二次開發(fā)創(chuàng)建類似于零件節(jié)點的對象。

創(chuàng)建立柱主要思路是按表格保存的立柱數(shù)據(jù)順序，依次提取每行立柱的截面信息，按從左往右軸線間距依次創(chuàng)建對應的立柱。再按從上往下累加計算Y軸方向的坐標，依次創(chuàng)建第二行、第三行，直至最后一行。這樣逐行遍歷計算各個軸線交點的坐標，以嵌套循環(huán)方法創(chuàng)建相應位置的立柱。此步完成模型如圖2所示，主要代碼框架如下。

doubleDD=0;

for（inty=0;y<JM總集合.Count;y++）

{if（y>0）//JM總集合是一行立柱截面的列表

{DD=DD+S各室間距[y-1];}//行循環(huán)的定位

List<string>JM柱1行=JM總集合[y];

doubleD=0;

for（inti=0;i<JM柱1行.Count;i++）

{if（i>0）

{D=D+S各電場間距[i-1];}//列循環(huán)的定位

#創(chuàng)建對應的柱}

}

1.5自動創(chuàng)建X方向立柱之間的構件

沿X軸正方向，在鄰兩柱之間創(chuàng)建墻板、橫梁、下圈梁。創(chuàng)建的這些構件是使用Tekla二次開發(fā)[5]的節(jié)點功能。它需要兩個對象作為參考，來確定所要創(chuàng)建的對象的長度高度等信息，用Tekla二次開發(fā)替代Tekla系統(tǒng)連接節(jié)點的功能效率更高。首尾行是殼體的外邊界，從下往上依次是下墻板、墻板、上墻板，均可按兩立柱確定其主要參數(shù)。中間行是殼體內部，從下往上依次是下圈梁、管撐、橫梁，也是按兩立柱確定參數(shù)。當然創(chuàng)建這些構件的同時，對于兩個構件的連接部分也需創(chuàng)建，對于第一步立柱未細化的部分，也在這一步中補全。具體代碼框架與創(chuàng)建立柱相同，使用嵌套循環(huán)方法，依次創(chuàng)建最邊界兩墻面的下墻板、墻板、上墻板；中間墻面的下圈梁、支撐管、橫梁。其中的參考對象是收集上一步創(chuàng)建的立柱列表List<Beam>，逐行遍歷，按首行、中間行、尾行的區(qū)別分別在兩個相鄰立柱之間創(chuàng)建對應的構件。此步完成模型如圖3所示。

1.6自動創(chuàng)建Y方向立柱之間的構件

與上一步創(chuàng)建X方向的構件原理相同，創(chuàng)建構件上端板、下端板、下部承壓、中部承壓走道等。電除塵器第一列是殼體的進煙氣側，最后列是出煙氣側，中間列則為殼體內部。首尾列從下往上依次是下端板、走道、中部承壓、支撐、上端板。中間列從下往上依次是下部承壓、中部承壓、支撐。都可按Y方向相鄰兩個立柱確定其之間的構件的主要參數(shù)和類型，并自動創(chuàng)建出相應的構件和其與立柱連接部分的細節(jié)部分。此步完成模型如圖4。

1.7自動創(chuàng)建立柱頂部之間的頂梁、頂板

與上兩步大致相同，主要區(qū)別為頂梁是以立柱為參考定位，頂板則是以創(chuàng)建出來的頂梁為參考。其中，還需分析第一步保存數(shù)據(jù)的通道數(shù)、極距、陽極板數(shù)，創(chuàng)建大梁之間的小梁，以及用于懸掛陽極板排的掛耳的創(chuàng)建。電除塵器本體內部懸掛陰極針刺線和陽極板排[6]，懸掛位置都在頂梁。頂梁的掛耳需要保證與保存數(shù)據(jù)的通道數(shù)、極距、陽極板數(shù)的一致性。頂梁是主要受力構件，常規(guī)都是設計為箱型梁，梁的四塊大板的板厚都需計算所得，每個項目都會不同。因此，頂梁的板厚也要事先填寫在數(shù)據(jù)表中，本次創(chuàng)建都是需要讀取保存的數(shù)據(jù)來定義各個頂梁的板厚。創(chuàng)建以上對象完成后需要刷新模型視圖myModel.CommitChanges（），使模型在視圖中可以顯現(xiàn)。此步完成模型如圖5所示。

1.8完善模型其余細節(jié)

經以上7個步驟后，模型大致已經建成。剩下部分需要和除塵器其他部件配合及對接，代碼一次性完成的難度較大，因此，，剩余需要細化部分做成窗口程序插件（如圖6所示）。按插件按鈕順序使用工具，既可以快速創(chuàng)建出需要的細部節(jié)點，也可保住每個步驟不遺漏。模型完善后最終如圖7所示，可以看出模型很大，但是完成的精度卻很高，滿足設計生產的需求。

2結語

本插件克服了Tekla軟件系統(tǒng)節(jié)點適應性不強的缺點，也克服了常規(guī)二次開發(fā)節(jié)點小插件，需要人工一個一個上節(jié)點的缺點，從而滿足除塵設備特大模型的設計要求。該建模插件經過幾十臺除塵器殼體測試，準確度達到100%，效率是常規(guī)做法的10倍左右，在設計效率、準確度、節(jié)約設計時間等方面均有良好的表現(xiàn)。此外，自動化建模思路也可以應用到電除塵器其他部件的設計。對于除塵器的進出口喇叭、灰斗等部件，可先確定灰斗喇叭的大小口尺寸、長度高度等結構計算后得到的截面型材，按各部件的結構特征及邏輯實現(xiàn)自動建模。

參考文獻

[1]張紅梅，許偉江.高層鋼結構深化設計流程應用[J].建筑結構，2021（51）：819-821.

[2]許偉江，余振權.TEKLA在多高層鋼結構中的運用淺談[J].建筑結構，2021（51）：1422-1424.

[3]趙晨晨.基于BIM技術裝配式鋼結構節(jié)點深化設計[D].大連：大連理工大學，2022.

[4]高劍，曹潔華，賀明玄.TeklaStructures的二次開發(fā)在工程中的應用[J].施工技術，2008（5）：166-167．

[5]鄧凱.TeklaStructure欄桿建模插件參數(shù)化設計[J].船舶與海洋工程，2023（1）：62-66.

[6]許志鵬，陸從相.電除塵技術研究進展[J].科技與創(chuàng)新，2023（22）：159-161.