Solidworks软件在工程设计项目三维建模中的应用

康 凯

上海泰欣环境工程有限公司，上海 200125

三维建模是现行项目中的常规要求，以满足后续项目整合、图资集成、后期运维、仿真使用需求。文章重点介绍利用Solidworks软件进行非标设备、多配置系列化标准件、通用零部件和图集标准件三维建模以及相关的模型整合，以达到多专业同时在同一软件上实现精准集成，更利于各个专业之间的协同处理和技术配合，实现项目的最优化设计。

1 非标设备三维建模

非标设备按外形可分为烟道式（矩形、圆形和蜗壳式）、回转体式塔体、换热管式、大型异形件和小型机械零件。烟道及回转塔体模型如图1所示，换热管式及小型零件模型如图2所示。利用Solidworks对非标设备建模，首先考虑合适的主基准面，以便后续高效快捷建模及修模。

图1 烟道及回转塔体模型

图2 换热管式及小型零件模型

Solidworks具有粗略整体放大缩小的功能，可利用模具工具中的移动面等相关联操作整体调整至所需特殊几何轮廓，以达到逼真的三维模型效果；也可通过调整模型建模基准面，修改草图尺寸，调整建模的前后顺序，灵活便捷地修整三维模型。三维模型的各个特征尺寸也可实时调看与修改，以及时、直观地修改和优化非标设备设计。

Solidworks可较为精细地反映出真实的设备实体，除了满足工程项目设计要求和具有良好的可观阅性，它的测量功能也为工程设计提供了有利条件。例如，工程中有些异形非标设备的内外表面的防腐材料统计通过计算很难实现，而Solidworks的评估测量功能可为工程辅料数量统计提供准确数据和便捷方式。

2 焊件插件结构专业建模

项目中的结构专业是所有其他专业的定位基础，因而钢结构的三维模型尤其需要准确到位。对于结构专业的三维建模，Solidworks使用系统自带的特有的焊件插件进行。利用焊件插件进行的某项目钢结构系统模型如图3所示。

图3 某项目钢结构系统模型

使用焊件插件进行钢结构系统建模，既能有效减小模型文件的大小，也能简单便捷地快速建模，并实时进行库文件的扩充，无须前期大量的基础数据库工作。焊件的主要特征为多实体零件，直接在零件内部添加特征，减少大量的装配定位关系，使得整个结构模型文件得到有效缩小。焊件的主要建模形式是轮廓+路径。焊件轮廓可按照型钢标准进行焊件库的建模，也可根据工程实际情况自定义所需轮廓，扩充至焊件库。建模过程中只需定义路径，然后选取对应焊件库截面轮廓就可顺利构造结构模型。

对应结构模型的建立，其主要使用说明及注意事项如下：（1）绘制顺序。一般遵从先柱立面（建主梁和垂直支撑），后标高面（建次梁和水平撑）的顺序。（2）平面钢架绘制。构造不同标高的框架构件时，对于相同截面的焊件先定义完成一个（通过移动，平面压凹，剪裁、延伸等相关操作实现），再复制完成下一个实体（避免重复移动，平面压凹，剪裁、延伸等相关操作）。（3）相互有连接关系的型钢最好采用相互独立的焊件，即同一焊件不同组，这样在选取截面时相互之间具有智能剪裁功能；不符合要求的剪裁功能也可另行手动处理。（4）相互斜接连接关系的型钢，剪裁时最好先压凹，去掉重叠部分，通过插入特征删除多余实体，最后再通过焊件里的剪裁延伸功能延伸需要延伸的部分。（5）焊件属多实体零件，在建模时尽量使各个特征之间相互独立，以避免后续修复因为失去草绘平面而导致丢失实体的现象发生。

3 多配置系列化标准件三维建模

在项目建模设计中，通常会用到诸如紧固件、管件、法兰、阀门等系列化标准件。Solidworks可创建配置并通过Excel设计表修改配置，生成单个零件的多个配置，从而便捷地完成多配置系列化标准件的三维建模。系列零件不同参数的三维模型如图4所示。

图4 系列零件不同参数的三维模型

制作多配置系列化标准件主要步骤如下：（1）常规三维建模。（2）参数化标注尺寸。显示特征尺寸，并对模型中的实体尺寸进行参数化重命名，为后续设计表自动生成列名称做准备。（3）生成设计表。点击配置选项卡→插入→表格→自动生成→选取规格参数→修改单元格数值类型→在单独窗口中编辑表格→选取属性参数→生成设计表格。系列零件设计表如表1所示。（4）对系列零件设计表进行修改及规格数据库扩充，生成多配置系列零件。多配置系列化标准件仅靠扩充既有的数据库，不但节省了大量的重复三维建模时间，而且更方便管理整理，在零件或者装配模型需要使用标准件时，能够便捷调入、灵活定位。

表1 凸面带颈对焊法兰系列零件设计表 单位：mm

4 常规通用件三维建模

工程设计中的通用件有手孔、人孔、装载门、膨胀节、挡板门等。为节省设计建模时间，通用件可通过标准库零件，也即先按照常规非标设备建模后，作为数据库零件储备存放，在需要使用时实时调用。不同通用件的三维模型如图5所示。设备、工艺专业在三维建模时，如零件模型调用通用件，需先在零件模型里插入通用件零件后，再通过数据迁移标签进行配合定位。如装配体模型调用通用件，则遵循常规装配体装配子零件的方式进行插入定位。

图5 不同通用件的三维模型

5 图集库标准件三维建模

结构专业除了钢架采用插件焊件特征进行，还有平台栏杆和钢梯。平台栏杆按照常规主要依靠特征命令中拉伸、切除、镜像、旋转、扫描等综合使用而实现。钢梯依据图集进行建模。平台有时为了可观阅性，通常使用表面纹理进行简单渲染，以方便区分不同平台。花纹钢板表面贴图花纹钢板图像，格栅板表面贴图网格图片，以达到逼真效果。

常规钢梯模型按形式大致分三种类型：钢斜梯（如图6所示）、钢直梯（如图7所示）和钢螺旋梯（如图8所示）。钢斜梯按图集库进行基础标准模型建立，可根据实际工程项目进行改变钢梯倾角、带上平台等相关的调整与修改。钢直梯也可根据实际工程项目，在基础标准模型下进行调整连接附件或者生根预埋件等的修模操作。钢螺旋梯主要在塔体式设备中较为常见，在框架式平台由于各种工程原因难以实现时，可考虑塔体生根，设置钢螺旋梯。

图6 钢斜梯模型

图7 钢直梯模型

图8 钢螺旋梯模型

6 整合设计项目的三维模型

各个专业的三维模型整合为一体后，能更精准、完整地模拟真实项目，优化设计。组装整个设计项目的三维模型前，需预先规划各个工艺子系统，然后分别组装各个子系统非标工艺设备（集成涵盖有系列标准件及通用件、图集库零件、自定义零件、派生零件）、结构、钢梯、平台栏杆、辅机设备等相关模型。组装各个子系统时，需先安装非标设备，再定位钢架。因为系统之间有工艺连接关系，结构模型仅为工艺设备支撑定位用，所以总装是依靠工艺关系进行定位、整合、组装。总装后，不仅可以通过目测粗略观察出大的相互干涉，也可通过Solidworks软件自身评估功能里的干涉检查，检查出比较细微的硬碰撞，并在左侧的设计树中一一列表显示，为项目设计提供明确的设计变更点。

设计项目的三维模型整合后，通常会使装配模型文件较大，交付设计院或者业主后无法导入另外系统，因而需由以下措施轻化模型，以适应交付要求。

（1）尽量多实体零件建模，减少总装配体下子装配体的层级别。但对于装配关系较为简单的组装件，采用装配体文件大小也不会太大。

（2）对于大型总装配体，可采用总装下的子装配体均另存为零件，且在选项栏目下勾选仅保存几何外部面，即只有一层装配等级的总装关系。

（3）通常设计院或业主采用的BIM系统都会在一个WEB端平台，而各个片区设备系统的三维模型需在PDMS整合，由PDMS输出为RVM格式文件（PDMS的输出文件RVM通常系统会自动轻量化处理），而PDMS可接受的中间格式的文件类型为.stp和.sat。两种格式的文件中，.sat相对较小，且不容易缺失几何面。因此，在两种格式均可接受的情况下，可考虑输出.sat中间格式文件，也可稍微缩小模型文件。

7 结论

Solidworks软件在工程设计项目三维建模中的应用充分体现了Solidworks软件的以下特点：（1）能够充分实现某些工程设计项目对三维模型的精度和观阅性要求；（2）能够在工程设计项目三维建模过程中实时进行库文件、多配置系列化标准件和通用件的扩充，无须在建模前建设过多的后台准备；（3）Solidworks相对于一些专业化三维软件还具有较广的适应性，对各个专业均可粗略可精细化建模，以实现多专业间完整直观的相互协同设计；（4）使用Solidworks进行工程设计项目的三维建模可适应目前较为常用的BIM系统和PDMS系统的格式要求，而不受其他系统预设的数据库限制，从而节约设计时间，减少设计失误。