浅谈基于Inventor水工金属结构三维参数化设计

李孟

摘 要 随着三维化设计软件的出现，水工金属结构也不再局限于二维软件进行设计。本文基于Autodesk Inventor软件，阐述了水利工程闸门、拦污栅、启闭机等不同水工金属结构的三维参数设计思路与方法。

关键词 水工金属结构;Inventor;三维设计;参数化

引言

随着在计算机辅助设计（CAD）技术的不断发展，三维CAD技术在水利水电行业得到应用，尤其是在水工金属结构专业得到了广泛的应用。三维参数化设计的成果直观，具有碰撞检查，工程量自动统计，图纸与模型联动更新等优势。

Autodesk Inventor是一款可视化三维实体建模软件，具有强大的三维造型能力，有良好的设计表达能力。设计院利用Inventor软件实现了水工闸门、拦污栅等水工金属结构的三维参数化设计，并在水库、枢纽、景观等各类型工程中得到应用。

1三维参数化适用性及原理

（1）适用性。水工金属结构主要包括各类型的闸门、拦污栅、启闭机、清污机等，而应用最多是钢闸门，主要包括平面钢闸门和弧形钢闸门两种，相近工况的工程可以采用同类型的闸门，只是挡水位或孔口不同，决定闸门的大小有所不同。采用三维设计时，为了实现水利工程全专业模型总装，这些部件也要作为零部件进行设计并装配。这些部件如果采用完全参数化详细建模，工作量巨大且模型应用效率不高，总体设计效率被降低。这些部件可以根据工程需要采用半参数化模型总体设计。

（2）建模原理。建模尺寸标注时调用参数名称，实现数据链接、尺寸驱动，创建三维模型，并利用模型生成二维工程图。利用已有模型修改生成新模型时，可以通过调整参数表来改变三维模型，进而改变相应的二维图纸[1]。

2模型创建

（1）平面钢闸门参数化设计。平面钢闸门是应用最为广泛的金属结构产品。同样的闸门，不同的设计人员会建成不同的模型，甚至同一位设计人员，前后两次建模，模型也可能不同。从外观看，模型完全一致，但参数表的定义，模型草图的创建，零部件的建立顺序都可能完全不同，造成模型的实用性不够。为此，需要统一建模思路，制定统一的建模流程。

根据平面闸门不同零部件的结构特点，采用不用的处理方式。根据不同的处理方式，平面钢闸门零件建立完毕后，创建装配件，单独装配门叶、止水、预埋件（或者在之前建零件的过程中，边建边装配），然后将门叶、止水、主轮、侧轮等总装为闸门总图，将主轨、反轨、底轨、门楣等总装为门槽总图。

零部件新建（修改）、装配完成后，没有错误提示，即可生成二维工程图。引入零件、部件或者总装的三维模型视图，进行放置、剖切、局部大样等处理，定制符合本单位使用习惯的工程图模板，生成二维图时直接选用自定义的模板，完成工程图的创建。

（2）弧形钢闸门参数化设计。弧形闸门结构复杂，零部件形状不规则，装配关系复杂，同时，需要考虑弧形闸门三维参数化设计的通用性和实用性，因此弧形钢闸门尤其是斜支臂弧形钢闸门的建模比平面钢闸门复杂得多。弧形闸门的总体建模思路：将弧形闸门结构拆分，建立公用参数文件，根据模型特点建立公用草图文件，在公用草图中对部分构件的装配位置进行参数化定义。衍生公用参数文件和公用草图文件，建立公用IPT文件。在公用IPT文件中通过拉伸、旋转或者扫略等方式创建特征。在该文件中可以一次性完成面板、主梁、次梁、次梁加强板等几十个零件的创建。公用IPT文件创建完成后，通过生成零部件功能，将各个零件生成单个零件文件及装配部件图文件。在生成的装配部件IAM文件中，可以通过放置、阵列和镜像等方式将相应零件补充完整。对于零件的倒角、倒圆、开孔等操作，可以通过单独打开零件进行编辑的方法实现。

根据上述思路，可以依次门叶、止水、支臂、支铰、预埋件等各个零部件。因为所有零部件均由各公用草图及各公用ipt文件生成，弧形闸门的装配关系变得清晰明了，直接利用空间原始坐标装配即可完成模型总装。通过该方式建立的模型，自适应能力强大，即使出现草图或者模型报错，也可以通过修改完善公用草图等文件很快解决问题。

（3）启闭机等参数化设计。启闭机的总体建模思路：简化启闭机结构模型，简化结构拆分，建立关键参数（主要包括关键外形尺寸、与闸门等设施的相对位置参数等），建立简化模型公用草图，草图中定義装配位置，建立公用IPT文件，将主要零件结构生成单个零件文件及装配部件图文件。在生成的装配部件IAM文件中，可以通过放置、阵列和镜像等方式将相应零件补充完整。对于需要完善外形的零部件，单独打开零件进行编辑即可[2]。

除了启闭机，清污机、蝶阀、球阀等各种阀门以及其他金属结构设备也可以根据工程需要和产品结构特点采取灵活适用的方式进行三维参数化设计。

3结束语

（1）三维参数化设计，具有自顶向下、形象直观、及时发现干涉、工程图与模型联动更新、校审工作量减少等诸多优点，同时也有前期投入资金大、时间长，如果模型建立不完善，后期修改、处理烦琐等缺点。

（2）金属结构产品种类多，结构繁杂，采用三维参数化设计，要平衡好参数化的深度，并不是所有产品参数化的越彻底越好，也不是傻瓜模型最好。根据不同的金属结构产品特点，采取不同的处理方式，实现模型参数化的平衡。

（3）金属结构三维参数化设计，对设计人员提出了更高的要求，要求设计人员不仅能熟练使用三维设计软件，转变设计思路，而且须具备扎实的专业知识及设计经验。只有二者兼备，才能创建出实用、适用性更好的模型，才能真正利用好三维设计这把利剑，有效提高设计质量和效率。

（4）单纯的金属结构模型创建及出图，并不能完成金属结构产品的全部设计，前期的结构计算，及后期的CAE分析计算都应该在三维参数化设计时通盘考虑。

参考文献

[1] 范崇仁.水工钢结构设计[M].北京：中国水利水电出版社，2008：63.

[2] 中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，中国水力发电工程学会金属结构专业委员会，全国水利水电工程金属结构专业信息网.水工机械技术2009年论文集[M].北京：中国水利水电出版社，2009：109.