李孟

摘 要 隨著三維化設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，水工金屬結(jié)構(gòu)也不再局限于二維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文基于Autodesk Inventor軟件，闡述了水利工程閘門、攔污柵、啟閉機(jī)等不同水工金屬結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)設(shè)計(jì)思路與方法。

關(guān)鍵詞 水工金屬結(jié)構(gòu);Inventor;三維設(shè)計(jì);參數(shù)化

引言

隨著在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的不斷發(fā)展，三維CAD技術(shù)在水利水電行業(yè)得到應(yīng)用，尤其是在水工金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果直觀，具有碰撞檢查，工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，圖紙與模型聯(lián)動(dòng)更新等優(yōu)勢。

Autodesk Inventor是一款可視化三維實(shí)體建模軟件，具有強(qiáng)大的三維造型能力，有良好的設(shè)計(jì)表達(dá)能力。設(shè)計(jì)院利用Inventor軟件實(shí)現(xiàn)了水工閘門、攔污柵等水工金屬結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，并在水庫、樞紐、景觀等各類型工程中得到應(yīng)用。

1三維參數(shù)化適用性及原理

（1）適用性。水工金屬結(jié)構(gòu)主要包括各類型的閘門、攔污柵、啟閉機(jī)、清污機(jī)等，而應(yīng)用最多是鋼閘門，主要包括平面鋼閘門和弧形鋼閘門兩種，相近工況的工程可以采用同類型的閘門，只是擋水位或孔口不同，決定閘門的大小有所不同。采用三維設(shè)計(jì)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)水利工程全專業(yè)模型總裝，這些部件也要作為零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)并裝配。這些部件如果采用完全參數(shù)化詳細(xì)建模，工作量巨大且模型應(yīng)用效率不高，總體設(shè)計(jì)效率被降低。這些部件可以根據(jù)工程需要采用半?yún)?shù)化模型總體設(shè)計(jì)。

（2）建模原理。建模尺寸標(biāo)注時(shí)調(diào)用參數(shù)名稱，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接、尺寸驅(qū)動(dòng)，創(chuàng)建三維模型，并利用模型生成二維工程圖。利用已有模型修改生成新模型時(shí)，可以通過調(diào)整參數(shù)表來改變?nèi)S模型，進(jìn)而改變相應(yīng)的二維圖紙[1]。

2模型創(chuàng)建

（1）平面鋼閘門參數(shù)化設(shè)計(jì)。平面鋼閘門是應(yīng)用最為廣泛的金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。同樣的閘門，不同的設(shè)計(jì)人員會(huì)建成不同的模型，甚至同一位設(shè)計(jì)人員，前后兩次建模，模型也可能不同。從外觀看，模型完全一致，但參數(shù)表的定義，模型草圖的創(chuàng)建，零部件的建立順序都可能完全不同，造成模型的實(shí)用性不夠。為此，需要統(tǒng)一建模思路，制定統(tǒng)一的建模流程。

根據(jù)平面閘門不同零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用不用的處理方式。根據(jù)不同的處理方式，平面鋼閘門零件建立完畢后，創(chuàng)建裝配件，單獨(dú)裝配門葉、止水、預(yù)埋件（或者在之前建零件的過程中，邊建邊裝配），然后將門葉、止水、主輪、側(cè)輪等總裝為閘門總圖，將主軌、反軌、底軌、門楣等總裝為門槽總圖。

零部件新建（修改）、裝配完成后，沒有錯(cuò)誤提示，即可生成二維工程圖。引入零件、部件或者總裝的三維模型視圖，進(jìn)行放置、剖切、局部大樣等處理，定制符合本單位使用習(xí)慣的工程圖模板，生成二維圖時(shí)直接選用自定義的模板，完成工程圖的創(chuàng)建。

（2）弧形鋼閘門參數(shù)化設(shè)計(jì)?；⌒伍l門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件形狀不規(guī)則，裝配關(guān)系復(fù)雜，同時(shí)，需要考慮弧形閘門三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的通用性和實(shí)用性，因此弧形鋼閘門尤其是斜支臂弧形鋼閘門的建模比平面鋼閘門復(fù)雜得多?；⌒伍l門的總體建模思路：將弧形閘門結(jié)構(gòu)拆分，建立公用參數(shù)文件，根據(jù)模型特點(diǎn)建立公用草圖文件，在公用草圖中對部分構(gòu)件的裝配位置進(jìn)行參數(shù)化定義。衍生公用參數(shù)文件和公用草圖文件，建立公用IPT文件。在公用IPT文件中通過拉伸、旋轉(zhuǎn)或者掃略等方式創(chuàng)建特征。在該文件中可以一次性完成面板、主梁、次梁、次梁加強(qiáng)板等幾十個(gè)零件的創(chuàng)建。公用IPT文件創(chuàng)建完成后，通過生成零部件功能，將各個(gè)零件生成單個(gè)零件文件及裝配部件圖文件。在生成的裝配部件IAM文件中，可以通過放置、陣列和鏡像等方式將相應(yīng)零件補(bǔ)充完整。對于零件的倒角、倒圓、開孔等操作，可以通過單獨(dú)打開零件進(jìn)行編輯的方法實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)上述思路，可以依次門葉、止水、支臂、支鉸、預(yù)埋件等各個(gè)零部件。因?yàn)樗辛悴考筛鞴貌輬D及各公用ipt文件生成，弧形閘門的裝配關(guān)系變得清晰明了，直接利用空間原始坐標(biāo)裝配即可完成模型總裝。通過該方式建立的模型，自適應(yīng)能力強(qiáng)大，即使出現(xiàn)草圖或者模型報(bào)錯(cuò)，也可以通過修改完善公用草圖等文件很快解決問題。

（3）啟閉機(jī)等參數(shù)化設(shè)計(jì)。啟閉機(jī)的總體建模思路：簡化啟閉機(jī)結(jié)構(gòu)模型，簡化結(jié)構(gòu)拆分，建立關(guān)鍵參數(shù)（主要包括關(guān)鍵外形尺寸、與閘門等設(shè)施的相對位置參數(shù)等），建立簡化模型公用草圖，草圖中定義裝配位置，建立公用IPT文件，將主要零件結(jié)構(gòu)生成單個(gè)零件文件及裝配部件圖文件。在生成的裝配部件IAM文件中，可以通過放置、陣列和鏡像等方式將相應(yīng)零件補(bǔ)充完整。對于需要完善外形的零部件，單獨(dú)打開零件進(jìn)行編輯即可[2]。

除了啟閉機(jī)，清污機(jī)、蝶閥、球閥等各種閥門以及其他金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備也可以根據(jù)工程需要和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取靈活適用的方式進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3結(jié)束語

（1）三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，具有自頂向下、形象直觀、及時(shí)發(fā)現(xiàn)干涉、工程圖與模型聯(lián)動(dòng)更新、校審工作量減少等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有前期投入資金大、時(shí)間長，如果模型建立不完善，后期修改、處理煩瑣等缺點(diǎn)。

（2）金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品種類多，結(jié)構(gòu)繁雜，采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，要平衡好參數(shù)化的深度，并不是所有產(chǎn)品參數(shù)化的越徹底越好，也不是傻瓜模型最好。根據(jù)不同的金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品特點(diǎn)，采取不同的處理方式，實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)化的平衡。

（3）金屬結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，要求設(shè)計(jì)人員不僅能熟練使用三維設(shè)計(jì)軟件，轉(zhuǎn)變設(shè)計(jì)思路，而且須具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。只有二者兼?zhèn)?，才能?chuàng)建出實(shí)用、適用性更好的模型，才能真正利用好三維設(shè)計(jì)這把利劍，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

（4）單純的金屬結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建及出圖，并不能完成金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的全部設(shè)計(jì)，前期的結(jié)構(gòu)計(jì)算，及后期的CAE分析計(jì)算都應(yīng)該在三維參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)通盤考慮。

參考文獻(xiàn)

[1] 范崇仁.水工鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國水利水電出版社，2008：63.

[2] 中國水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院，中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)，全國水利水電工程金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)信息網(wǎng).水工機(jī)械技術(shù)2009年論文集[M].北京：中國水利水電出版社，2009：109.