Tekla在鋼結(jié)構(gòu)中的深化設(shè)計及使用問題初探

李龍起

(許昌學院 土木工程學院, 河南 許昌 461000)

隨著BIM(Building Information Modeling)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國建筑業(yè)迎來極大變革和挑戰(zhàn).傳統(tǒng)的建造方式已經(jīng)越來越難以適應建筑結(jié)構(gòu)信息化和數(shù)字化建造發(fā)展的要求.使用Tekla Structures進行鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化已成為從設(shè)計施工圖到鋼結(jié)構(gòu)加工制作以及施工的良好過渡.Tekla Structures是由芬蘭Tekla公司開發(fā)的一款鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件，2004年以前的名稱是Xsteel，2011年被天寶公司收購，目前Tekla Structures已經(jīng)成為BIM軟件中使用廣泛、尤以鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計見長的三維建模軟件，同時由于該軟件功能強大，可以應用于鋼結(jié)構(gòu)工程從設(shè)計到施工的全過程信息化管理[1].Tekla Structures 具有交互式建模、結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計、自動Shop Drawing以及BOM(Bill of Material)表自動產(chǎn)生等功能.由于Tekla 的圖紙與報表均以模型為準，而在三維模型中軟件使用者很容易發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間連接有無錯誤，所以它保證了鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計中構(gòu)件之間的正確性.Tekla Structures能夠方便的應用于海上結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房、住宅樓、橋梁、體育館及摩天大樓的模型創(chuàng)建.阿聯(lián)酋首都阿布扎比國際機場、曼德拉行人橋以及中國的鳥巢、CCTV央視大樓、上海環(huán)球金融中心等許多建筑都使用Tekla Structures進行了鋼結(jié)構(gòu)詳圖深化設(shè)計(圖1).

圖1 Tekla Structures詳圖深化設(shè)計案例

1 Tekla深化設(shè)計基本流程

隨著我國鋼結(jié)構(gòu)市場的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑急需高水平的項目管理，同時對鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)人才的需求也越來越多.鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)、加工、運輸以及現(xiàn)場安裝等都有設(shè)計深化的需求.目前國內(nèi)多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計單位的設(shè)計施工圖只能達到構(gòu)件設(shè)計和典型節(jié)點設(shè)計的深度[2]，設(shè)計單位提供的圖紙已經(jīng)無法滿足國內(nèi)大規(guī)模建設(shè)和海外工程投標的需要，使用Tekla Structures進行結(jié)構(gòu)深化設(shè)計已成為多數(shù)詳圖深化設(shè)計人員的必備技能.Tekla 結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和構(gòu)件加工的基本流程如圖2所示.

1.1 創(chuàng)建軸線

本研究以常見的單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房為例，介紹Tekla Structures在鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計深化中的應用流程.通常情況下，單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的梁、柱構(gòu)件尺寸標準且沒有異形構(gòu)件，基本節(jié)點建模相對簡單.因此，在充分識讀設(shè)計施工圖的基礎(chǔ)上，只要創(chuàng)建出一榀鋼架的三維模型就可以很容易生成單層廠房的整體模型.本研究選取的單層廠房模型跨度為24 000 mm，柱距為6 000 mm，建筑高度為14 000 mm，采用變截面門式鋼架.在Tekla軟件中選擇中國環(huán)境和鋼結(jié)構(gòu)深化后可執(zhí)行如圖3所示軸線的創(chuàng)建.

圖2 Tekla 結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和構(gòu)件加工流程

圖3 單層廠房軸線布置圖

1.2 Tekla創(chuàng)建結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點連接

單層廠房門式鋼架主要有鋼柱、鋼架梁、抗風柱、柱間支撐、水平支撐、系桿、檁條、拉條、隅撐、吊車梁等幾部分組成.Tekla使用“五步建模法”可完成鋼結(jié)構(gòu)梁、柱、桁架節(jié)點等構(gòu)件的創(chuàng)建.

“五步建模法”是Tekla零構(gòu)件建模搭建最常用的方法和步驟：即按照找到零件平面—設(shè)置工作平面—選擇截面屬性—確定零件起點和終點位置—調(diào)節(jié)零件位置關(guān)系這五步的建模方法，在桿件信息創(chuàng)建完成后(圖4)，可在桿件間創(chuàng)建節(jié)點連接.

圖4 橫向框架建模

Tekla系統(tǒng)提供600多種節(jié)點形式滿足用戶的使用[3]，并支持自定義參數(shù)化節(jié)點。面對復雜的大型鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點，可以通過Tekla提供的二次開發(fā)接口Tekla open API使用C#編程開發(fā)智能化節(jié)點連接.當所建模型較大時可以使用軟件自身的碰撞檢查來查看模型是否有其他未連接節(jié)點.鋼架的節(jié)點主要包括柱腳節(jié)點以及梁柱端板連接，上述兩種節(jié)點的創(chuàng)建靈活簡單.柱腳節(jié)點連接和梁柱端板連接如圖5所示.

圖5 柱腳節(jié)點連接和梁柱端板連接

1.3 鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化加工與制造

建模完成后，Tekla可自動進行材料表和清單報告的出具，能夠生成數(shù)控設(shè)備識別的NC數(shù)控數(shù)據(jù)文件，其包含了數(shù)控設(shè)備能夠識別的加工零件的沖鉆孔、開槽、切割等坐標信息.通過從Tekla模型中調(diào)用施工詳圖、零件圖以及布置圖，導出CAM軟件圖紙用于零件的排版下料和制作.Tekla的DSTV格式能夠同常見數(shù)控設(shè)備直接對接，并以非常高效的自動化加工方式完成對鋼結(jié)構(gòu)零部件的精確制造[4].以Tekla為代表的建筑信息建模(BIM)正在發(fā)展成為建筑施工、工程設(shè)計和建筑設(shè)計群體所采用的制作、傳播和分析建筑模型流程，未來以云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)和BIM等技術(shù)為支撐，并借助移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計、制造、施工多方協(xié)同管理，通過數(shù)據(jù)的整合分析實現(xiàn)項目全過程動態(tài)實時管理，規(guī)避項目過程各類風險成為建筑業(yè)發(fā)展不可避免的趨勢.

2 Tekla建模過程問題探討

在本次單層廠房檁條節(jié)點創(chuàng)建過程中，需要使用系統(tǒng)組件中的1號冷彎卷邊搭接節(jié)點，建模過程中出現(xiàn)所建立的檁條的檁拖相當長的現(xiàn)象并已超出視圖范圍(圖6).該問題與檁拖下方的工字型鋼梁的建模方法相關(guān)，這樣就出現(xiàn)需要重新返工建立鋼梁模型的不便.因此，這種Tekla建模的“不可逆性”如遇設(shè)計變更則會帶來極大不便.另外，Tekla軟件還存在智能化節(jié)點編制困難，節(jié)點操作定位頻繁，不能編組，存在修改工作量大的問題，對異型變截面構(gòu)件、空間彎扭的大跨度鋼結(jié)構(gòu)建模存在局限性，仍然需要CAD軟件的輔助使用[5].Tekla的人機交互與軟件使用人的鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)知識、軟件掌握程度有直接的關(guān)系，如果使用人不能準確理解結(jié)構(gòu)設(shè)計師的設(shè)計理念、掌握鋼結(jié)構(gòu)施工工藝，這對詳圖設(shè)計的影響是非常大的.

圖6 柱腳節(jié)點連接和梁柱端板連接

3 結(jié)論

(1)Tekla具有強大的三維建模、碰撞檢查以及后續(xù)與加工制造數(shù)字化對接能力，可提高詳圖設(shè)計的效率，受限于使用人的專業(yè)認知可能造成模型的重復修改.

(2)由于Tekla 后續(xù)的圖紙與報表等創(chuàng)建均以模型為基礎(chǔ)，因此Tekla三維模型創(chuàng)建的準確性是整個結(jié)構(gòu)詳圖深化的關(guān)鍵.

(3)未來的建筑業(yè)以云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)和BIM等技術(shù)為支撐，并借助大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計、制造、施工多方協(xié)同管理，已成為推動建筑業(yè)發(fā)展的新方法、新方向和新技術(shù).