三維設計軟件Tekla—structures在海上風機基礎設計中的應用

朱彬彬 沈錦寧 尚進 李濤

摘 ?要：海上風電項目風機基礎設計存在結構復雜、設計周期短等特點，選擇合適的三維設計軟件以擺脫傳統二維設計的缺點是急需解決的問題;以江蘇某風電場六樁導管架風機基礎為例，探討了Tekla Structures三維設計軟件在海上風機基礎設計中的應用實踐，為海上風機基礎采用合適的三維軟件進行設計尋找到一條合適的路徑。

關鍵詞： 海上風電;風機基礎;三維設計;二維出圖;材料報表

中圖分類號：U674.94 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）26-0001-02

1 ?概 ?述

多年來，AutoCAD一直是我們轉化鋼結構詳圖、生產放樣的主要工具，與傳統的手工制圖、手工放樣相比，AutoCAD 曾經給我們的工作帶來革命性的變化。然而隨著社會日新月異的發展，AutoCAD的功能在某種意義上不再能盡如人意。

隨著國內海上風電場的大規模建設，海上風電場風機基礎設計將迎來高峰。至2015年12月，國內應用于海上風電的風機基礎型式主要有單樁基礎、導管架基礎及高樁承臺基礎，復雜的管節點設計及鋼筋混凝土結構，使得傳統地采用AutoCAD制圖難以滿足施工圖階段對于圖紙準確性、高效性及空間性的要求，并且AutoCAD也不能體現海工結構的空間位置關系。所以，無論是從視圖的直觀性還是設計過程中的準確性，三維詳圖設計軟件在海上風電工程風機基礎施工圖設計中的應用將成為一種必然的趨勢。

2 ?海洋工程三維設計軟件使用概況

目前，常用的三維設計軟件有：Tekla Structures、Microstati

on-Prosteel、Solidworks、Inventor、CATIA、UG等，不同的的軟件適用于不同的行業，其中Solidworks、Inventor、CATIA、UG等軟件更多的應用于機械制圖及數控加工、模具等領域;Tekla Structures軟件則致力于開發鋼結構及混凝土結構的BIM技術，同時在海洋結構設計領域有較多的用戶;Microstation-Prosteel軟件在多專業集成領域具有較大的優勢，兩種軟件均有針對鋼結構三維設計的專業模塊。

根據調研結果，認為Tekla Structures、Microstation-Prosteel兩種軟件對于海上風機基礎三維設計有較高的適應性，故分別采用兩種軟件對海上風機導管架基礎進行建模比較，選擇更為合適的三維軟件。

我們使用過程中，比較可以發現，Tekla Structures軟件在界面顯示、模型渲染等方面具有更好的效果，同時根據具體在三維建模抽圖等方面的使用發現，Tekla Structures軟件可以更快捷的建立模型、獲取視圖、生成材料清單和抽取二維圖紙。

通過對兩種軟件的使用過程及得到成果進行對比，相對而言，Tekla Structures更適應于海上風電風機基礎。因此，我們采用Tekla Structures展開了海上風機基礎深入的三維設計探索，同時隨著軟件版本的提升，很多的功能得到了長足的擴展，為我們的三維設計工作帶來了很大的便利性。

3 ?Tekla-structures在海上風機基礎施工圖中的 ? 應用

3.1 ?設計流程

設計流程，如圖1所示。

3.2 ?建模過程

3.2.1 ?主體結構建模

江蘇如東地區某風電場的風機基礎型式為導管架基礎，其結構形式為：六樁導管架基礎樁徑為1.9 m鋼管樁沿直徑24 m的圓周均勻分布，考慮主筒體的變徑設計：由上到下7.072m等徑段、7.072～4.5 m變徑段、4.5 m等徑段;上斜撐變徑設計：從主筒體到套管2.7 m等徑段，2.7～2.0 m變徑段、2.0 m等徑段;下斜撐等徑設計采用1.6 m變厚度鋼管。這是個集成了不規則大型鋼管建模和規則型鋼建模的典型基礎，包含了海洋工程結構設計中的大直徑鋼管樁、大直徑弦桿和撐桿以及復雜的K型節點，可以有效的檢驗Tekla Structures軟件在海上風機基礎三維設計中的優越性。

3.2.2 ?附屬構件建模

導管架結構的附屬構件較為復雜，包括內外平臺、防撞構件、電纜管結構及爬梯結構等。該風機基礎設計的工作外平臺尺寸為18.298 m×13.660 m，通過10根直徑480 mm鋼管支撐與主結構斜撐上，下部焊接電纜橋架;外部爬梯與防撞構件采用集成設計，爬梯為三段折梯;電纜管結構從主體結構開孔進入基礎內部后上升至基礎以上。

3.3 ?后處理

3.3.1 ?碰撞檢查

結構是空間的，二維圖紙將空間結構用平面模型表達時在多方位想象的情況下仍然容易出現空間碰撞的情況，就是建立的三維模型也容易在一些隱蔽位置出現構件碰撞等情況，所以tekla通過對模型的自動檢查，可以在彈出對話框中顯示碰撞的零件屬性，查找零件。

3.3.2 ?生成材料報表

Tekla也可以輸出圖紙中全部和部分組件的構件清單、零件清單、螺栓清單等，并可以利用軟件自帶工具或excel打開和編輯。清單模板也可以在模板編輯器中進行自定義編輯，將零件或構件的數量、材質、長度、凈重、毛重等工程中需要統計的項目均進行定義。做此工作前需要在建模時統籌零件編號和構件編輯，這樣輸出時才會按照設置好的編號進行統計。

3.3.3 ?抽取二維圖紙

Tekla的圖紙功能包括抽取整體布置圖、零件圖、構件圖及多件圖，通過選擇不同的圖紙功能，我們可以得到三維模型在各個平面下的整體布置圖，選擇的每個零件的單件圖，多個零件組合的構件圖等等。

同時，tekla生成圖紙的方式多種多樣，可以通過操作界面快捷方式、鼠標右擊，或者在已經生成的圖紙中可以通過剖面的型式生成新的圖紙，如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

3.4 ?模型修改

對于實際的海上風電風機基礎建設工程，從方案設計到備料施工，各個環節都有可能對原設計進行調整完善，這些變化都可以通過對模型的修改直接再二維圖紙上表現出來，僅需要對圖紙庫進行更新即可，同時與原圖紙的變化也會通過云線在新圖紙中標識出來，從而有效降低設計人員的返工和重復現象，減輕勞動強度的同時提升了產品質量。

4 ?結 ?語

三維設計在海上風機基礎中的應用還剛剛展開，從不斷的應用和探索過程中，以下兩點都值得后續深入思考：

①大規模參數化小構件。風機整體結構的鋼管樁、導管架在tekla中建模出圖相對簡單，而一些附屬構件，內部加強結構等就較為繁瑣。為提高建模與出圖效率，需要參數化建立一些常用的組塊，比如防撞結構、爬梯、欄桿等，此項工作前期工作量投入較大，但對于后續建模將是極大的便利。

②動畫效果制作。Tekla的三維效果強大，但無動畫功能，風機基礎匯報時若使用動畫放映，效果會非同凡響。

隨著各行各業對設計、制圖模式的革新及海上風電行業的蓬勃發展，三維風機基礎設計將成為加快出圖效率、減輕行業工作強度、保證設計工作質量、提升行業整體設計水平的有效手段。

參考文獻：

[1] 王志云，王棟，欒茂田，等.復合加載條件下吸力式沉箱基礎承載特性數 ? 值分析[J].海洋工程，2007，（02）.

[2] 宋礎，劉漢中.海上風力發電場開發現狀及趨勢[J].電力勘測設計，2006，

（02）.

[3] 邢作霞，陳雷，姚興佳.海上風力發電機組基礎的選擇[J].能源工程，

2005，（06）.