Tekla在鋼結構中的深化設計及使用問題初探

李龍起

(許昌學院 土木工程學院, 河南 許昌 461000)

隨著BIM(Building Information Modeling)技術的不斷發展，我國建筑業迎來極大變革和挑戰.傳統的建造方式已經越來越難以適應建筑結構信息化和數字化建造發展的要求.使用Tekla Structures進行鋼結構詳圖深化已成為從設計施工圖到鋼結構加工制作以及施工的良好過渡.Tekla Structures是由芬蘭Tekla公司開發的一款鋼結構詳圖設計軟件，2004年以前的名稱是Xsteel，2011年被天寶公司收購，目前Tekla Structures已經成為BIM軟件中使用廣泛、尤以鋼結構深化設計見長的三維建模軟件，同時由于該軟件功能強大，可以應用于鋼結構工程從設計到施工的全過程信息化管理[1].Tekla Structures 具有交互式建模、結構分析、設計、自動Shop Drawing以及BOM(Bill of Material)表自動產生等功能.由于Tekla 的圖紙與報表均以模型為準，而在三維模型中軟件使用者很容易發現構件之間連接有無錯誤，所以它保證了鋼結構詳圖深化設計中構件之間的正確性.Tekla Structures能夠方便的應用于海上結構、工業廠房、住宅樓、橋梁、體育館及摩天大樓的模型創建.阿聯酋首都阿布扎比國際機場、曼德拉行人橋以及中國的鳥巢、CCTV央視大樓、上海環球金融中心等許多建筑都使用Tekla Structures進行了鋼結構詳圖深化設計(圖1).

圖1 Tekla Structures詳圖深化設計案例

1 Tekla深化設計基本流程

隨著我國鋼結構市場的不斷發展，鋼結構建筑急需高水平的項目管理，同時對鋼結構專業人才的需求也越來越多.鋼結構構件的工廠化生產、加工、運輸以及現場安裝等都有設計深化的需求.目前國內多數鋼結構設計單位的設計施工圖只能達到構件設計和典型節點設計的深度[2]，設計單位提供的圖紙已經無法滿足國內大規模建設和海外工程投標的需要，使用Tekla Structures進行結構深化設計已成為多數詳圖深化設計人員的必備技能.Tekla 結構深化設計和構件加工的基本流程如圖2所示.

1.1 創建軸線

本研究以常見的單層鋼結構工業廠房為例，介紹Tekla Structures在鋼結構詳圖設計深化中的應用流程.通常情況下，單層鋼結構廠房的梁、柱構件尺寸標準且沒有異形構件，基本節點建模相對簡單.因此，在充分識讀設計施工圖的基礎上，只要創建出一榀鋼架的三維模型就可以很容易生成單層廠房的整體模型.本研究選取的單層廠房模型跨度為24 000 mm，柱距為6 000 mm，建筑高度為14 000 mm，采用變截面門式鋼架.在Tekla軟件中選擇中國環境和鋼結構深化后可執行如圖3所示軸線的創建.

圖2 Tekla 結構深化設計和構件加工流程

圖3 單層廠房軸線布置圖

1.2 Tekla創建結構構件和節點連接

單層廠房門式鋼架主要有鋼柱、鋼架梁、抗風柱、柱間支撐、水平支撐、系桿、檁條、拉條、隅撐、吊車梁等幾部分組成.Tekla使用“五步建模法”可完成鋼結構梁、柱、桁架節點等構件的創建.

“五步建模法”是Tekla零構件建模搭建最常用的方法和步驟：即按照找到零件平面—設置工作平面—選擇截面屬性—確定零件起點和終點位置—調節零件位置關系這五步的建模方法，在桿件信息創建完成后(圖4)，可在桿件間創建節點連接.

圖4 橫向框架建模

Tekla系統提供600多種節點形式滿足用戶的使用[3]，并支持自定義參數化節點。面對復雜的大型鋼結構節點，可以通過Tekla提供的二次開發接口Tekla open API使用C#編程開發智能化節點連接.當所建模型較大時可以使用軟件自身的碰撞檢查來查看模型是否有其他未連接節點.鋼架的節點主要包括柱腳節點以及梁柱端板連接，上述兩種節點的創建靈活簡單.柱腳節點連接和梁柱端板連接如圖5所示.

圖5 柱腳節點連接和梁柱端板連接

1.3 鋼結構數字化加工與制造

建模完成后，Tekla可自動進行材料表和清單報告的出具，能夠生成數控設備識別的NC數控數據文件，其包含了數控設備能夠識別的加工零件的沖鉆孔、開槽、切割等坐標信息.通過從Tekla模型中調用施工詳圖、零件圖以及布置圖，導出CAM軟件圖紙用于零件的排版下料和制作.Tekla的DSTV格式能夠同常見數控設備直接對接，并以非常高效的自動化加工方式完成對鋼結構零部件的精確制造[4].以Tekla為代表的建筑信息建模(BIM)正在發展成為建筑施工、工程設計和建筑設計群體所采用的制作、傳播和分析建筑模型流程，未來以云計算、大數據、移動互聯網和BIM等技術為支撐，并借助移動互聯網技術、物聯網技術實現設計、制造、施工多方協同管理，通過數據的整合分析實現項目全過程動態實時管理，規避項目過程各類風險成為建筑業發展不可避免的趨勢.

2 Tekla建模過程問題探討

在本次單層廠房檁條節點創建過程中，需要使用系統組件中的1號冷彎卷邊搭接節點，建模過程中出現所建立的檁條的檁拖相當長的現象并已超出視圖范圍(圖6).該問題與檁拖下方的工字型鋼梁的建模方法相關，這樣就出現需要重新返工建立鋼梁模型的不便.因此，這種Tekla建模的“不可逆性”如遇設計變更則會帶來極大不便.另外，Tekla軟件還存在智能化節點編制困難，節點操作定位頻繁，不能編組，存在修改工作量大的問題，對異型變截面構件、空間彎扭的大跨度鋼結構建模存在局限性，仍然需要CAD軟件的輔助使用[5].Tekla的人機交互與軟件使用人的鋼結構專業知識、軟件掌握程度有直接的關系，如果使用人不能準確理解結構設計師的設計理念、掌握鋼結構施工工藝，這對詳圖設計的影響是非常大的.

圖6 柱腳節點連接和梁柱端板連接

3 結論

(1)Tekla具有強大的三維建模、碰撞檢查以及后續與加工制造數字化對接能力，可提高詳圖設計的效率，受限于使用人的專業認知可能造成模型的重復修改.

(2)由于Tekla 后續的圖紙與報表等創建均以模型為基礎，因此Tekla三維模型創建的準確性是整個結構詳圖深化的關鍵.

(3)未來的建筑業以云計算、大數據、移動互聯網和BIM等技術為支撐，并借助大數據、移動互聯網技術、物聯網技術實現設計、制造、施工多方協同管理，已成為推動建筑業發展的新方法、新方向和新技術.