CAD在上海虹橋二層步廊工程的應(yīng)用

王 宇，楊 鋒，楊 杰，徐海峰，楊 敖

（1.上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司，江蘇 海門 226100；2.南通理工學(xué)院，江蘇 南通 226000）

0 引言

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）是美國歐派克公司在1982年開發(fā)的一款自動計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，常用于二維繪圖、詳圖繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計，如今已經(jīng)成為國際上廣為通用的繪圖工具。盡管它在某些專業(yè)領(lǐng)域不如Tekla、Tribon等軟件那么實用，但在某些特定的情況下，可以發(fā)揮很好的作用。

1 CAD在三維建模中的應(yīng)用

隨著我國建筑業(yè)的積極發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)橋梁不斷的推廣應(yīng)用。而且伴隨著新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)橋梁得到進(jìn)一步的發(fā)展，朝著大跨度、高強(qiáng)質(zhì)輕、美觀等方向發(fā)展，這也給鋼結(jié)構(gòu)橋梁的制作和施工帶來全新的挑戰(zhàn)。目前絕大部分的設(shè)計院出的圖紙都是二維圖紙，而且所提供的圖紙不能直接用于鋼結(jié)構(gòu)的加工制作，安裝的精確性也無法得到保障，但是利用CAD三維技術(shù)，可以最大限度提高工程的設(shè)計甚至制造質(zhì)量。

CAD三維技術(shù)的優(yōu)勢如下：①可以使空間結(jié)構(gòu)在平面上展開，確保下料尺寸的正確性；②可以保證鋼結(jié)構(gòu)安裝的精確性，當(dāng)然也包括鋼結(jié)構(gòu)橋梁安裝的準(zhǔn)確性；③鋼結(jié)構(gòu)以及零件圖的設(shè)計更加方便快捷，使用三維CAD，可以用相臨兩零件的位置和形狀來生成新零件，如采用三維鏡像、三維陣列等；④工程類軟件價格昂貴，采購正版軟件是一大筆費用，加大了企業(yè)的負(fù)擔(dān)，而AutoCAD是我國企業(yè)的常見軟件，幾乎所有工程類企業(yè)都在使用，故使用該軟件進(jìn)行三維建?？梢怨?jié)約特定軟件的采購費用，降低工程設(shè)計成本；⑤可先使用CAD繪制二維圖形，隨后使用放樣操作，將二維圖放樣轉(zhuǎn)換為三維圖，這樣操作可以大幅減少繪圖建模的工作量。

2 項目簡介

國家會展中心（上海），英文名“National Exhibition and Convention Center（Shanghai）”，簡稱“NECC（Shanghai）”，位于中國上海，是一個集展覽、會議、辦公及商業(yè)服務(wù)等功能于一體的綜合性會展體，也是上海市的標(biāo)志性建筑之一。上海虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)（一期）與國家會展中心之間的二層步廊工程（下面統(tǒng)一簡稱為：二層步廊工程）位于上海虹橋商務(wù)核心區(qū)與中國博覽會會展中心之間，在上海虹橋機(jī)場的西側(cè)，穿越小淶港、規(guī)劃小淶港、嘉閔高架、外環(huán)鐵路，并與地鐵2號線相鄰。全長約343m。上海虹橋二層步廊工程采用鋼箱梁，梁高1.5~2.0m，標(biāo)準(zhǔn)橋?qū)挿譃?5m、18m和15m（圖1為標(biāo)準(zhǔn)橫斷面）。主橋采用連續(xù)鋼箱梁、簡支鋼箱梁結(jié)構(gòu)，橋面設(shè)置橫坡和縱坡。底板設(shè)置縱向加勁肋，頂板設(shè)置縱向加勁肋和橫向T型加勁，腹板設(shè)置縱向及豎向加勁肋，橋墩處和中間均布設(shè)置實腹橫隔板，兩側(cè)頂板采用縱向加勁肋和橫向T型懸挑加勁，兩側(cè)下部采用弧形裝飾底板并設(shè)置縱向加勁。

3 CAD三維建模

圖1 橋梁典型橫斷面

圖2 橋梁彎曲段三維視圖

上海虹橋二層步廊鋼橋梁長度長，而且由于處在上海虹橋商務(wù)核心區(qū)與中國博覽會會展中心之間，避免和其他建筑的碰撞，鋼橋梁在平面上兩次拐彎，拐彎點處正是該工程的難點。為保證整個橋梁三維模型的正確性，在平面上畫二維圖時，就要保證尺寸與設(shè)計院藍(lán)圖一一對應(yīng)，隨后使用放樣，將二維轉(zhuǎn)化為三維，橋梁彎曲段部分的三維模型如圖2所示。

4 雙曲面結(jié)構(gòu)在平面上展開

在二層步廊鋼橋梁尾端，有類似于球面結(jié)構(gòu)的裝飾鋼板，這種雙曲面形式的鋼板通常在加工制作時，將其分模塊展開。對于這種造型的鋼板，展開原理是把曲面的板分成無數(shù)接近曲面的平面，再找出決定每個平面的三個點，然后通過數(shù)學(xué)計算的方法把相鄰的平面組合在一起就形成精確的展開圖。這一原理類似于數(shù)學(xué)中的微積分，利用這個原理，將二層步廊工程項目尾端裝飾板分成八個接近曲面的模塊，找出決定這八個模塊平面的三個基點，并將這八個模塊分別在平面上均勻的標(biāo)記十一個工作點，其中最上部及最下部模塊的平面圖。

隨后將八塊展開圖放在同一平面內(nèi)，并通過數(shù)學(xué)計算的方法把相鄰的平面組合在一起，讓模塊與模塊之間相互靠攏，直到有正好結(jié)合，再將外輪廓連接起來，就是我們所要得到的一塊完整的雙曲面展開平面圖（如圖3所示）。

圖3 展開圖

5 現(xiàn)場安裝

吊裝前首先對地基進(jìn)行處理。吊裝吊機(jī)行走路線澆筑鋼筋混凝土便道，同時每處吊裝段配備10塊6m×2.4m×0.3m的路基箱，以備臨時應(yīng)變之用。梁的安裝按照該工程的特點和鐵路上的特別要求，總體規(guī)劃分四階段進(jìn)行梁的安裝。

由于周圍環(huán)境的復(fù)雜性，現(xiàn)在安裝必須制定詳細(xì)的安裝計劃。例如有個分段跨越鐵路，吊裝前先和鐵路有關(guān)部門溝通，確定吊裝的時間，由于是跨越鐵路線，必須在現(xiàn)場拼接安裝好后，整體吊裝到相應(yīng)的位置，圖4為現(xiàn)場安裝吊裝圖。

圖4 現(xiàn)場吊裝

6 結(jié)語

利用CAD軟件，可以將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件三維立體模型搭建出來，而且可以直接從三維立體圖中得出有關(guān)尺寸，方便鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作，同時在三維模型中，可以盡早發(fā)現(xiàn)問題，提高準(zhǔn)確度，為保障工期提供有利支持。隨著鋼結(jié)構(gòu)橋梁的不斷發(fā)展，相信CAD技術(shù)的應(yīng)用也將越來越廣泛，作用也將越來越大。