QC质量控制理念在预应力闸墩配筋设计中的运用

曹小转

[摘要]某水电站受下闸蓄水节点制约，其表孔闸墩钢筋图设计周期只有2个月时间。为了按期高质量的完成预应力闸墩钢筋图的设计，我们采用QC质量管理理念，成立了活动小组，小组成员通过努力高效高质量的完成了预应力闸墩从建模-应力分析-配筋-出图的任务。

[关键词]QC；预应力闸墩配筋设计效率；提高

QC定义：QC即质量控制，QC小组是生产过程中职工围绕存在的问题，以改进质量、降低消耗及和经济效益为目的组织起来，运用质量管理的理论和方法开展活动的小组。QC小组遵循PDCA循环理念。

1、任务来源

某水电站受下闸蓄水节点制约，其表孔闸墩钢筋图设计周期只有2个月时间。表孔闸墩受力状态复杂，结构的应力分析宜采用三维有限元法进行计算。通过调查几个类似工程，设计流程一般为：Ansys建模、计算及优化调整→Autocad绘制钢筋图→人工校审，一般需80-90工作日，其中校审及修改时间较长，往复工作量大，进度难以保证。

2、P计划阶段

根据实际情况，为按期高质量的完成预应力闸墩钢筋图的设计，成立了由10人组成QC活动小组。

2.1现状调查及确定目标

通过对类似工程及现有计算绘图工具的调查发现，预应力闸墩配筋流程为：Ansys三维有限元法对闸墩进行应力分析，依据应力分析结果进行预应力锚索布置及钢筋布置，采用AutoCad软件进行绘制钢筋图并校审出图。主要设计环节包括：建立模型，划分网格，编写命令流，计算分析，模型优化，重新划分网格，重新编写修改命令流，重新计算，后处理，钢筋图绘制，校审修改，出图。

该设计流程各软件特点如下：Ansys分析软件线性分析功能强大，应用广泛。其自带建模功能是基于点线面建立模型，建模效率低；虽然可以从其他建模软件导入模型，但二者的连接是建立在终端模型层面，导入的模型无法用数据驱动，一旦结构尺寸发生变化，整个流程需从新开始。

Autocad软件是一款平面绘图软件。绘制钢筋图流程如下：首先切闸墩结构剖面，标注控制桩号；其次布置钢筋，标注钢筋序号、直径间距等信息；最后绘制钢筋表并计算钢筋量。之前建立的三维模型在绘制钢筋图时基本没用，人工绘制钢筋图耗时较长。

通过对采用以上设计流程的三个电站调查发现：完成整个设计流程总耗时为80-91个工作日之间，其中建立模型、模型优化、钢筋图绘制、校审修改4个环节耗时最长，共约占了70.5%。若本工程也采用此方法，将无法满足节点要求，工期需相应滞后。经小组成员讨论，考虑工程实际情况并结合行业内最新的技术手段，最终确定本工程预应力闸墩配筋设计耗时控制在45个工作日内。

2.2原因分析及确定要因

目标确定后，小组成员利用头脑风暴法对耗时最长的4个环节进行了原因分析，绘制了因果分析鱼刺图，见图2-1。由此分析出7条末端因素：人员对有限元软件不熟悉、人员工程经验不足、计算机配置不足、无法实现数据驱动、网络病毒危害软件与计算机操作系统不兼容、无法实现各软件间的数据共享。进而确定了两条主要因素：1）无法实现数据驱动、2）无法实现各软件间的数据共享。

2.3、制定对策

针对“预应力闸墩配筋设计耗时较长”的两个主要原因，小组成员召开会议，制定对策：

要因1、无法实现数据驱动。

对策：寻找可以实现数据驱动闸墩模型及钢筋布置的方法。

对策措施：

1、调查可以实现数据驱动建模和钢筋布置的方法；

2、选用合适的三维建模软件及配筋软件；

3、效果检查。

目标：所建的三维模型及钢筋布置均采用数据驱动，缩短有限元分析及钢筋图校审修改时间。

要因2、无法实现各软件间的数据共享。

对策：寻找可以实现闸墩模型在各软件间数据共享的方法。

对策措施：

1、调查可以实现模型数据共享的建模软件、有限元分析软件及配筋软件；

2、选用适合的软件组；

3、效果检查。

目标：模型在有限元分析软件和配筋软件中实现数据共享，縮短钢筋图绘制时间。

3、D对策实施阶段

第一步：选择技术路线

针对可以实现数据驱动的三维建模软件及配筋软件、可以实现三维模型在有限元软件及配筋软件间数据共享这一思路展开调查。

调查发现：可以实现数据驱动与数据共享的三维建模软件主要有：Catia、PRO/E、Bentley/MicroStation V8i等；可以实现数据共享的三维有限元软件主要有：Ansys、Abaqus等；可以实现数据驱动及数据共享的三维配筋软件主要有：三维配筋系统ReStation、VisualFL三维配筋软件等。

通过对各软件的对比调查，最终拟定了几条技术路线：1）PRO/E建立三维模型→Ansys进行三维有限元分析→VisualFL三维配筋软件进行配筋。2）Catia建立三维模型→Abaqus进行三维有限元分析→VisualFL三维配筋软件进行配筋。3）Bentley/MicroStation V8i三维建模→Abaqus进行三维有限元分析→三维配筋系统ReStation进行配筋。

通过对各技术路线的分析及对现有资源的调查，发现采用Catia三维建模软件建模→Abaqus有限元软件进行应力分析→VisualFL三维配筋软件进行钢筋图出图的技术路线，可以更好的解决软件的数据驱动及各软件之间的数据共享。

该技术路线各软件特点如下：Catia是一款三维模块化设计软件，该软件主要通过参数驱动模型，结构修改只需修改数据即可。Abaqus软件为一款大型通用有限元计算软件，该软件计算流程与Ansys基本相同。Catia三维建模软件与Abaqus有限元软件皆为同一公司产品，两者可以很好的实现数据共享。VisualFL三维配筋软件针对水工结构的配筋特点开发，该软件可以导入Catia三维模型，可以实现参数化配筋，完成二维钢筋图和钢筋表的自动生成。

经调查，QC小组成员之前对以上三个软件都有技术储备，能很熟练的操作软件。故最终确定采用此种技术路线。

第二步：首先采用Catia三维建模软件建立三维模型；将闸墩三维模型导入Abaqus有限元软件进行应力分析；将模型导入VisualFL三维配筋软件，根据有限元分析的应力成果配置钢筋，经校审修改后出图。

4、C整体效果检查阶段

经过小组全体成员的共同努力，将制定的所有对策实施后，预应力闸墩配筋设计耗时从类似工程的83.6个工作日降到42.5个工作日。特别是建立模型及模型优化、钢筋图绘制及校审修改耗时较类似工程下降明显。实现了小组最初设定的目标。

5、A总结阶段

通过本次QC小组活动，实现了三维模型的数据驱动，实现了三个软件之间的模型数据共享，高效高质量的完成了目标。