提高综合管架建模效率的研究

刘力耘

（东北电力设计院，长春 130021）

随着三维设计理念的更新发展，火力发电厂结构专业的三维设计内容从仅仅局限于主厂房，锅炉房，烟囱，冷却塔等几个主要建筑物扩展到全厂所有建构筑物，其中包括了全厂范围的综合管架，尤其是涉外工程项目，业主方要求凡是结构设计都要有三维模型。在国外电厂设计过程中，业主方要求全厂范围的综合管架都要建三维模型，给火力发电厂结构专业的三维设计提出了更高的标准和要求。某国外电厂工程场地土类型为中软场地土，建筑场地类别有Ⅱ类和Ⅲ类，取地面10 m 高、50年一遇、10 min条件下的基本风压为0.50kPa。地面粗糙度类别为B类。地震基本烈度为6度，设计地震基本加速度为0.2 g（g为重力加速度）。电厂场地处于丘陵地区，地形起伏很大，高差达10m 以上很普遍，最大的高差达到19m。以下通过结构专业的综合管架三维设计，对提高综合管架的建模效率方法进行介绍。

1 综合管架的特点

1.1 竖向布置多层性及结构形式多样性

由于工艺专业布置要求，使综合管架呈现多层性，即管架布置为1层、2层、3层，沿着竖向不同层数管架的高度，需要根据工艺管道直径或电气专业的电缆桥架高确定。

综合管架的结构形式的确定既要满足工艺专业和电气专业的要求，还要满足结构专业自身的强度、刚度和稳定要求，使综合管架具有框架式、支架式，在跨越公路时还要有桁架式等不同的结构形式，布置上有单柱的支架、双柱的构架。

1.2 结构平面布置及结构构件复杂性

综合管架的结构平面布置主要根据工艺专业和电气专业的要求，有直线走向，有与直线成一定角度的斜线走向，还有与直线走向垂直的分支。由于工艺专业和电气专业的要求，综合管架被划分成很多段，每段长度也各不相同，某工程综合管架最长的一段长达298m。

综合管架的结构构件种类很多，几乎包括了所有的结构构件，有横梁，纵梁，次梁，板，柱，有横向垂直支撑，也有纵向垂直支撑，还有纵向水平支撑。由于现场地形高差很大，导致与之有关的柱、横向垂直支撑、纵向垂直支撑必须根据地形标高调整其长度。

1.3 结构构件截面特殊性及基础复杂性

由于是涉外项目，外方要求某工程采用国外钢材，国外钢材名称的表示方法、材料性质、截面形式均与我国钢材表示方法不同，以往国内工程三维建模都有标准的型钢库，建模时可以直接在标准的型钢库中挑选构件，而不必输入构件的截面特性，但是对于涉外项目采用国外的钢材，在建模时，对于每一个构件来说，必须先输入构件的截面参数，才能选择构件，使建模工作量增加了很多。

由于现场地形高差很大，综合管架必须随地形标高调整基础高度，几乎是每一个基础就有一个标高，给基础建模工作带来极大的不便，需要每建一个基础模型，就要调整一次基础的标高。

1.4 建模时间的紧迫性

外方要求，没有建立工程三维模型，对工程图纸不予确认。三维模型是工程图纸确认的基本条件，且还影响到设计图纸确认的进度及工程的工期。如不能按时完成，按合同约定，设计工期延误须缴违约罚款，所以建模工作必须是在工程图纸设计完成后就立即开始，完成后尽快提交给外方检查，时间紧迫。另一个问题是建模的准确程度，如果建模不准确，外方在检查模型时发现错误，需要三维设计者重新修改建模，会延误设计图纸确认的工期。

2 加快综合管架建模的措施

2.1 针对多层性的特点

由于综合管架呈现多层性的特点，在建模时，如果采取不适当的建模方法，会使建模的速度很慢。如果按照常规逐层建模，其速度不是最快的，应总体审阅综合管架的设计图纸，找出待建模那段综合管架的一般层，可以沿纵向先建一般层。一般层建模顺序是：先建纵梁，再建横梁和横向次梁，最后建纵向水平支撑。具体操作为：先设定构件类型，在PDMS程序中的下拉菜单选定design－structuresbeams ＆columns，再定义构件截面，在set default profile specification 按钮下定义，分别对纵梁、横梁、横向次梁、纵向水平支撑定义构件截面进行定义。建完一般层后，采取复制方法，对其他层进行复制。复制方法为：首先在PDMS 程序中左侧菜单design explorer下用鼠标定义一般层所在的层次，然后在下拉菜单的create－copy下选择offset，程序就会跳出copy with offset对话框，在该对话框内输入需要复制层的x，y，z 坐标值就可以完成复制了。因为有些层有纵向水平支撑，而有些层没有，对于没有纵向水平支撑的，可以先整体复制层，然后删除纵向水平支撑。

2.2 针对结构形式多样性及平面布置复杂性的特点

对于综合管架结构形式多样性的特点，应该找出有几段是框架形式，有几段是支架形式，几段是桁架形式，然后区别处理，顺序建模。例如可以先建框架形式综合管架，再建支架形式的综合管架，最后建桁架式综合管架，这样有利于提高建模速度。如果不按上述顺序建模，不利于同类管架复制，必将延长建模时间。

针对综合管架平面布置复杂性的特点，对于直线走向的综合管架，可以按照一般情况正常建模。对于与直线成一定角度的斜线走向的综合管架，应该先按照直线走向的综合管架建模，然后按照设计图纸要求的角度旋转成斜向的综合管架。具体做法为：按照直线走向的综合管架建模后，在PDMS程序中左侧design explorer对话框将需要旋转的管架模型定位，即用鼠标点击使其变成蓝色，点击PDMS程序中下拉菜单的orientate－rotate，就会弹出confirm 对话框，点击其中的yes按钮后，就会弹出rotate对话框，在该对话框中点击下拉菜单的cursorelement，在PDMS程序中的模型选取需要旋转的定位轴，在rotate对话框中的direction（旋转方向）和angle（旋转角度）填入设计图纸要求的斜向角度就会将直线走向的综合管架旋转成斜向综合管架。对于与直线走向垂直的分支综合管架，可以采取与建斜向管架相同方法，在rotate对话框中的angle（旋转角度）填入数值为90就可以建成与直线走向垂直的分支综合管架，避免了斜向管架的角度计算繁琐问题，提高了综合管架的建模效率。

2.3 针对构件复杂性的特点

针对综合管架构件复杂性的特点，所采取的加快建模措施是把构件分为柱、横梁、横向次梁、纵向水平支撑、横向垂直支撑、纵梁、纵向垂直支撑、纵向水平支撑、板共9个部分，分别建模，然后组装，避免了不同构件交叉建模速度慢的弊病。考虑到模型空间定位方便和各种构件之间的相互关系及复制方便，所采取的建模顺序是：柱—纵梁—横梁—横向次梁—纵向水平支撑—纵向垂直支撑—横向垂直支撑—板。如果不按照此顺序建模，空间定位比较麻烦，每做一个构件，都要对其进行空间定位，对不同类型构件复制就很麻烦，而且耽误时间，降低建模速度；另一个问题是建筑场地的高低不平，综合管架的每一个柱的长度都是不同的，对于横向垂直支撑及纵向垂直支撑的底标高都是变化的。采取加快建模的措施是：对于柱，因为柱的顶标高是定值，所以建模时可以利用这一点，首先从柱的顶标高开始建模，即从上往下建模，柱的长度可以先建成同一长度，采取复制方法建出所有柱之后，再根据设计图纸调整每个柱的底标高。调整柱的底标高可以采用PDMS程序中下拉菜单的命令extend。具体做法是：首先鼠标选中需要加长（缩短）的柱构件，在PDMS程序中下拉菜单中选取position－extend－by则程序弹出extend－section－explicit对话框，在其中的extend栏右侧选择start，在distance栏右侧填入需要延长柱的长度值，最后点击apply按钮，就可以将需要延长的柱延长到所需要的长度了。这样做的好处是不需要对每一个构件进行空间定位，可以省略空间定位的时间，从而提高建模的速度。

2.4 针对结构构件截面的特殊性的特点

针对综合管架结构构件截面的特殊性的特点，如果采取每个构件都输入构件的截面参数，建模的工作就会耗费大量的时间，极大地降低建模速度，因此，必须采取简化输入构件截面参数的措施。

经过对综合管架设计图纸的研究，发现综合管架的构件的截面还是有规律可循的。对于构件柱，绝大多数柱的截面是相同的，不相同的是极个别的，所以对于构件柱，就应当采取先建一个柱，输入其截面参数，对其他柱采取复制的方法，这样也就避免了重复输入构件柱的截面参数。对于构件横梁，应当采取先建一个横梁，输入其截面参数。对其他横梁采取复制的方法建模，然后针对不同截面的横梁调整其截面参数，避免重复输入构件横梁的截面参数。对于构件横向垂直支撑，绝大多数横向垂直支撑的截面是相同的，应当采取先建一个横向垂直支撑，输入其截面参数，对其他横向垂直支撑采取复制的方法建模，也就避免了重复输入其截面参数的问题。对于构件纵向垂直支撑，绝大多数纵向垂直支撑的截面是相同的，应当采取先建一个纵向垂直支撑，输入其截面参数，对其他纵向垂直支撑采取复制的方法建模，避免重复输入构件纵向垂直支撑的截面参数。输入截面参数的做法是在PDMS 的下拉菜单design－structures－beams ＆columns下选择set default profile specifcation按钮，弹出specification 对话框，在此对话框下参数化型钢断面栏输入：截面高度、截面宽度、上翼缘厚度、腹板厚度、下翼缘厚度这5个参数就可以确定构件的截面参数。

2.5 针对基础复杂性的特点

针对综合管架基础复杂性的特点，如果采取逐个基础建模的方法，势必耗费大量的时间和精力，建模速度也不高。

经过对基础设计图纸的研究发现：整个综合管架的基础类型还是有限的。对于综合管架A1—A40段有16 种基础形式；对于综合管架D1—D28段有4种基础形式；L段有5种基础形式；C 段有5种基础形式，所以采取的加快建模措施是：对于每段综合管架的基础，按照每种基础形式各建模一个，其余基础采取复制方法建模，这样就避免了采取逐个基础建模，提高了建模效率；另一个问题是由于现场地势起伏不平，每个基础的标高都是不同的。如果采取逐个基础建模的方法，也要耗费大量的时间，降低建模效率，所以采取的加快建模措施是：对于每段综合管架的基础，按照每种基础形式各建模一个，其余基础采取复制方法建模，最后统一调整基础的标高。

3 结束语

在以后的工程中，应该提前建立对应国外标准的构件数据库，以避免重复性劳动，提高工作效率。有了标准的型钢库，建模时可以直接在标准的构件数据库中挑选构件，而不必每设计一个新的构件就需要输入构件的截面特性，这样就可以极大地提高建模的效率。