钢斜梯三维建模研究

刘力耘，郝军茹，李艳阳，薛 烈

（1.东北电力设计院，长春 130021；2.国网白城供电公司，吉林 白城 137000）

在火力发电厂的设计中，越来越多地应用三维设计对工程模型进行碰撞检查［1］。AVEVA公司开发的三维设计程序Plant Design Management System（以下简称PDMS）可以用于土建结构专业的各种结构建模，利用该软件建模具有完整、真实的优点，能够实时发现平面布置中很难发现的空间位置错误，包括本专业的构件之间以及本专业构件与外专业设备之间的空间位置错误［2］。本文基于印度某工程中大量遇到的钢斜梯建模为例，探讨了2种钢斜梯建模方法的优缺点，针对软件工具问题进行了深入分析，并通过编程修正了软件错误，为更好地应用三维软件进行钢斜梯建模提出了正确方法。

在火力发电厂的设计中，越来越多地应用三维设计对工程模型进行碰撞检查［1］。AVEVA公司开发的三维设计程序Plant Design Management System（以下简称PDMS）可以用于土建结构专业的各种结构建模，利用该软件建模具有完整、真实的优点，能够实时发现平面布置中很难发现的空间位置错误，包括本专业的构件之间以及本专业构件与外专业设备之间的空间位置错误［2］。本文基于印度某工程中大量遇到的钢斜梯建模为例，探讨了2种钢斜梯建模方法的优缺点，针对软件工具问题进行了深入分析，并通过编程修正了软件错误，为更好地应用三维软件进行钢斜梯建模提出了正确方法。

1 三维技术在土建设计中钢斜梯建模的应用现状

目前应用PDMS的土建模块对钢斜梯建模有2种建模方法：一种在原有的PDMS程序中主菜单design－structures－ASL Modeller模块下Createstair可以对钢斜梯建模；另一种就是需要在原有PDMS程序中加入软件ACN tools，利用这一软件中的结构辅助设计工具钢楼梯辅助建模，可以方便地建立钢斜梯模型。第一种建模方法仅可用于不多于18级台阶和钢梯角度为30°～50°的钢梯，具有很大的局限性。印度某工程循环水管坑内钢斜梯角度为59°，上述方法并不适用，故只能采用第二种方法。

2 两种钢斜梯建模方法的应用

2.1 利用Modellor模块对钢斜梯建模

印度某工程循环水管坑内钢斜梯的建模时，利用PDMS程序中主菜单design－structures－ASL Modellor模块下Create－stair对钢斜梯建模，结果由于该钢斜梯角度为59°，超出了该程序的限制，建模失败。这说明利用该程序对钢斜梯的建模，程序限制钢斜梯只能是在30°～50°的角度范围才可以实现，如果钢斜梯角度小于30°或者大于50°就会导致钢斜梯建模失败。程序限制钢斜梯台阶数只能是小于等于18级，钢斜梯台阶数超过18级，同样会导致钢斜梯建模失败。

2.2 利用ACN tools方法对钢斜梯建模

印度某工程循环水管坑内钢斜梯建模时，在原有PDMS程序中加入软件ACN tools，利用这一软件中的结构设计辅助工具钢楼梯辅助建模。建模结果为：钢斜梯的外形符合设计要求，但是在对斜钢梯的扶梯建模中扶梯外形出现错误（见图1）。

图1 原有程序中出现的模型错误

该模型中钢斜梯的扶手端部弯头本来应向下弯曲，却出现了向上弯曲，扶梯节点错误导致钢斜梯扶手建模失败；但是在对另一钢斜梯的建模中却发现钢斜梯的扶手端部弯头符合向下弯曲，钢斜梯扶手建模成功。比较这两个钢斜梯，发现由于钢斜梯角度不同，会出现两种不同的结果，即程序设计对某些角度的钢斜梯扶手建模会成功，而对另一些角度的钢斜梯扶手建模会失败，该公司承认了程序中有错误。目前应用的PDMS为12.0版，而ACN tools程序却是11.5版，ACN tools程序与PDMS为12.0版不配套，也未完善该程序。对于扶手端部弯头弯曲方向问题，采用扭转扶手端部弯头弯曲方向方法，但是却受到程序的限制，此解决办法不可行。

32 种钢斜梯建模方法的比较

3.1 输入数据数量对比

利用Modellor模块对钢斜梯建模，输入数据较少，钢斜梯建模时仅需要输入：斜梯方向、斜梯段高度、斜梯段水平长度、梯梁高度、梯梁宽度、梯段净宽、踏步板宽度、扶手形式等几个数据即可快速对钢斜梯建模；利用ACN tools方法对钢斜梯建模，则需要输入较多的数据，需要对钢斜梯的建立楼梯、建立扶手、碰撞空间3个子程序分别输入相关数据，如表1所示，输入数据的过程过于复杂、烦琐。

3.2 输入角度对比

表1 ACN tools方法建模输入参数表

利用Modellor模块对钢斜梯建模，受到PDMS程序限制：钢斜梯角度必须在30°～50°，钢斜梯台阶数不能超过18阶，而利用ACN tools方法对钢斜梯建模，对钢斜梯角度和台阶数不限制。

3.3 钢斜梯扶手节点对比

利用Modellor模块对钢斜梯建模，不需要输入钢斜梯的扶手数据，但是建立的模型节点是突出的圆球形状，不符合实际工程的钢斜梯的扶手外形（见图2）。

图2 钢斜梯扶手节点建模

利用ACN tools方法对钢斜梯扶手建模，需要输入多个钢斜梯扶手数据，建立的模型节点是圆滑对接形状，符合实际工程的钢斜梯的扶手外形，模型效果见图3。

4 解决方法

图3 ACN tools方法建立的钢斜梯扶手模型

上述2种钢斜梯建模方法均不能完全解决本工程建模。利用Modellor模块对大于50°钢斜梯无法建模，且斜梯扶手节点处为突出的球形，外形不美观，不符合工程实际外观；利用ACN tools方法虽然能够建出钢斜梯模型，但是钢斜梯的顶部扶手弯曲方向不能满足工程要求。

利用Modellor模块对大于50°钢斜梯无法建模的关键问题是角度限制和楼梯级数的限制及钢斜梯扶手不能满足工程要求，经过下面的改进操作最终较完美地解决了钢斜梯建模问题。

a.对于角度限制，通过修改文件＼AVEVA＼Plant＼PDMS12.1.SP2＼PDMSUI＼des＼access＼mstairtl的第59行的两个角度限制（见图4）。

b.对于楼梯级数的限制，可以修改图5所示的5个文件（每个文件对应不同的楼梯种类）中相同的的6行代码，将其用——注释掉，程序即不判断级数是否超限，可建出级数较多的楼梯。

图4 修改第59行的角度限制

图5 修改5个文件中相同的的6行代码

c.对于钢斜梯扶手不能满足工程要求问题，可以在建成钢斜梯后，删除该节点。按照该方法经过实际建模，解决了节点问题，但是由于节点数量较多，删除时可以采取有条件挑选节点加入list表后，再删除该表内的节点则比较简便。

5 结束语

在应用Modellor模块对钢斜梯建模时，应该注意修改楼梯的限制、楼梯级数的限制以及楼梯扶手的节点才能满足工程实际要求。

在应用ACN tools软件建模时，应该注意钢斜梯的扶手顶部弯曲方向是否满足工程要求。应用ACN tools软件建模，输入参数太多，参数之间还要考虑相互关系，因为参数之间有相关性，需要反复调整参数，才能满足工程实际要求。该建模方法不易掌握，工程中不建议采纳。

［1］李松，田质一，刘学新.通过接口转换实现钢结构快速建模［J］.吉林电力，2012，40（4）：41－43.

［2］李松.应用三维设计软件计算土建异形构件体积［J］.吉林电力，2012，40（1）：23－24.