计算机辅助完成大型管件的放样

王少辉 吴小强 韩迪波

摘要：本文通过几个常见管件的放样，将计算机辅助放样方法与传统放样方法做比较，主要说明用计算机辅助放样的优越性，并将其推广到其它安装工程的大型管件放样中。

关键字：放样，计算机辅助，通用性

对于非标准管道的制作，管件的放样是一个非常重要的步骤。但是在以前施工中，放样主要依靠施工过程中制作的经验进行。而且这样的经验只有部分经验丰富的技术工人才具有，导致大型管件的制作放样不具有普遍性，而且制作精度不高。现在我们应用计算机辅助工具，对管件进行建模分析后完成放样，这样我们可以得到一个更为精确的放样数据，也使管件的放样具有了通用性。

计算机辅助放样步骤：先取得所需管件的相关尺寸，再利用计算机绘图软件画出管件的三维模型，之后把畫成的模型划分成若干个简单的拼接块。利用计算机绘图软件强大的绘制、测量功能把这些拼接块拼接成一个整体管件。这样就完成了三维模型的展开图的绘制，我们可以直接用该展开图下料。下来通过几个实例具体体现计算机辅助放样的优越性。

在传统方法中，通常是先画出管件的平面图，对图纸进行分析，这种分析，通常需要很强的立体感来获得变径管的外形尺寸，对于大管径的放样，便可以根据小管径放样经验形状计算获得放样数据。但在计算机中画图不受数据大小限制，放样尺寸用管件的真实数据，计算结果更加准确。而且画图时先画出三维模型，再从模型中展开图形，使放样更加直观。放样者只要求画出模型即可得到每块拼接块的图样，拼接块的大小形状及拼接的顺序可根据焊接方法及管件平滑度的要求的选用选取最优拼接方法。从而提高了管件的制作精度。

这里以变径管为例，把传统的放样方法和计算机辅助放样方法做一分析比较：

在传统方法中，通常是根据变径管的平面图，放样出一个小型的变径管（DN30-60mm），再依据小管径放样的数据按照比例计算出大变径管（DN400-500mm）的尺寸数据。从小变径管知变径管展开图为扇形，其小弧长为变径管小管的圆周长、大弧长为变径管大管的圆周长，斜边长为变径管母线长，分成10个小扇形面就可以满足变径管外形平滑度的需要。但数据转换到大变径管时若仍然分成10个小扇形面就难以满足平滑度的要求。

用计算机辅助放样，就可以直接用计算机绘制一个与所需变径管尺寸相等的立体模型（图1），在得到模型图后，不管它的变径尺寸为多少，先把该模型沿其母线方向若干等分（等分越细越便于分析但不便于操作，反之则相反，可根据管件平滑度的要求适当取之），这里，我们为使之具有普遍性，将它n等分，如图中所示，可以看到每个小等分近似为一个梯形，先画出一个小等分0n1m1的图（图2），再以第一个等分梯形的斜边为第二个梯形斜边画图，依次画完所有等分，即得变径管展开图（图2），

图1 图2

对于变径管的制作，以上是简单的例子，通过这两种方法的分析对比，可以看到，对于大型管件放样传统方法主要依据经验计算完成。对于计算机辅助放样方法，放样者只要建立相关模型，对模型进行细化分析，拆分模型，然后将分块展开拼接就可以直接得到放样结果，无需预知展开图的形状和计算构造尺寸，这对于简单的管件来说其优越性并不突出，但对于复杂的管件来说计算机辅助放样无疑是一个好方法。

下来，再通过几个管件的放样进一步说明：

1.天圆地方的放样

建立天圆地方模型（图3），对于这个模型可以先进行适当分析。通过构成模型的辅助线可以直观的看出，该模型的表面是由4个全等的等腰三角形∠ABC和4个全等的曲线图形ABD构成。所以只需要分析这4个全等的曲线图形，再与等腰三角形拼接即可完成放样。同以上方法，把曲线图形ABD的AD边若干等分，再将等分点与B点连接，便可以看到这每一个等分面为一个近似三角形，然后先画一个三角形∠1AB，再依次画出相邻三角形得到如图4中ABD图，再拼接上等腰三角形ABC,用同样的方法即可完成全部展开图的绘制如图4.

图3图4

2.顺水三通的放样

由于三通的种类很多，这里只拿出同径顺水三通来做一说明，其它方法基本一致。

先建立三通模型（图5），可以看到该模型的ABC区域以上基本类似于弯头，所以这里只对ABC区域（图6）进行分析展开（如图7）。下来的操作方法同天圆地方等一样。

图5图6

图7

总结：

小型管件的放样运用经验及传统方法便可完成，但对于大型复杂的管件需要很强的立体感才能获得放样数据，传统方法很难完成。通过计算机辅助放样手段对以上几个实例的分析，可以看到计算机辅助完成管件放样不需要对管件的外形进行预知、计算，只需要画模型、分解、再拼接就可以完成，具有精度高、易操作性。

这种方法不仅可以使管道安装中的管件放样变得简单，同样也适用于其它一些有曲面结构的安装工程，具有通用性。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。