Solidworks軟件在工程設計項目三維建模中的應用

康 凱

上海泰欣環境工程有限公司，上海 200125

三維建模是現行項目中的常規要求，以滿足后續項目整合、圖資集成、后期運維、仿真使用需求。文章重點介紹利用Solidworks軟件進行非標設備、多配置系列化標準件、通用零部件和圖集標準件三維建模以及相關的模型整合，以達到多專業同時在同一軟件上實現精準集成，更利于各個專業之間的協同處理和技術配合，實現項目的最優化設計。

1 非標設備三維建模

非標設備按外形可分為煙道式（矩形、圓形和蝸殼式）、回轉體式塔體、換熱管式、大型異形件和小型機械零件。煙道及回轉塔體模型如圖1所示，換熱管式及小型零件模型如圖2所示。利用Solidworks對非標設備建模，首先考慮合適的主基準面，以便后續高效快捷建模及修模。

圖1 煙道及回轉塔體模型

圖2 換熱管式及小型零件模型

Solidworks具有粗略整體放大縮小的功能，可利用模具工具中的移動面等相關聯操作整體調整至所需特殊幾何輪廓，以達到逼真的三維模型效果；也可通過調整模型建模基準面，修改草圖尺寸，調整建模的前后順序，靈活便捷地修整三維模型。三維模型的各個特征尺寸也可實時調看與修改，以及時、直觀地修改和優化非標設備設計。

Solidworks可較為精細地反映出真實的設備實體，除了滿足工程項目設計要求和具有良好的可觀閱性，它的測量功能也為工程設計提供了有利條件。例如，工程中有些異形非標設備的內外表面的防腐材料統計通過計算很難實現，而Solidworks的評估測量功能可為工程輔料數量統計提供準確數據和便捷方式。

2 焊件插件結構專業建模

項目中的結構專業是所有其他專業的定位基礎，因而鋼結構的三維模型尤其需要準確到位。對于結構專業的三維建模，Solidworks使用系統自帶的特有的焊件插件進行。利用焊件插件進行的某項目鋼結構系統模型如圖3所示。

圖3 某項目鋼結構系統模型

使用焊件插件進行鋼結構系統建模，既能有效減小模型文件的大小，也能簡單便捷地快速建模，并實時進行庫文件的擴充，無須前期大量的基礎數據庫工作。焊件的主要特征為多實體零件，直接在零件內部添加特征，減少大量的裝配定位關系，使得整個結構模型文件得到有效縮小。焊件的主要建模形式是輪廓+路徑。焊件輪廓可按照型鋼標準進行焊件庫的建模，也可根據工程實際情況自定義所需輪廓，擴充至焊件庫。建模過程中只需定義路徑，然后選取對應焊件庫截面輪廓就可順利構造結構模型。

對應結構模型的建立，其主要使用說明及注意事項如下：（1）繪制順序。一般遵從先柱立面（建主梁和垂直支撐），后標高面（建次梁和水平撐）的順序。（2）平面鋼架繪制。構造不同標高的框架構件時，對于相同截面的焊件先定義完成一個（通過移動，平面壓凹，剪裁、延伸等相關操作實現），再復制完成下一個實體（避免重復移動，平面壓凹，剪裁、延伸等相關操作）。（3）相互有連接關系的型鋼最好采用相互獨立的焊件，即同一焊件不同組，這樣在選取截面時相互之間具有智能剪裁功能；不符合要求的剪裁功能也可另行手動處理。（4）相互斜接連接關系的型鋼，剪裁時最好先壓凹，去掉重疊部分，通過插入特征刪除多余實體，最后再通過焊件里的剪裁延伸功能延伸需要延伸的部分。（5）焊件屬多實體零件，在建模時盡量使各個特征之間相互獨立，以避免后續修復因為失去草繪平面而導致丟失實體的現象發生。

3 多配置系列化標準件三維建模

在項目建模設計中，通常會用到諸如緊固件、管件、法蘭、閥門等系列化標準件。Solidworks可創建配置并通過Excel設計表修改配置，生成單個零件的多個配置，從而便捷地完成多配置系列化標準件的三維建模。系列零件不同參數的三維模型如圖4所示。

圖4 系列零件不同參數的三維模型

制作多配置系列化標準件主要步驟如下：（1）常規三維建模。（2）參數化標注尺寸。顯示特征尺寸，并對模型中的實體尺寸進行參數化重命名，為后續設計表自動生成列名稱做準備。（3）生成設計表。點擊配置選項卡→插入→表格→自動生成→選取規格參數→修改單元格數值類型→在單獨窗口中編輯表格→選取屬性參數→生成設計表格。系列零件設計表如表1所示。（4）對系列零件設計表進行修改及規格數據庫擴充，生成多配置系列零件。多配置系列化標準件僅靠擴充既有的數據庫，不但節省了大量的重復三維建模時間，而且更方便管理整理，在零件或者裝配模型需要使用標準件時，能夠便捷調入、靈活定位。

表1 凸面帶頸對焊法蘭系列零件設計表 單位：mm

4 常規通用件三維建模

工程設計中的通用件有手孔、人孔、裝載門、膨脹節、擋板門等。為節省設計建模時間，通用件可通過標準庫零件，也即先按照常規非標設備建模后，作為數據庫零件儲備存放，在需要使用時實時調用。不同通用件的三維模型如圖5所示。設備、工藝專業在三維建模時，如零件模型調用通用件，需先在零件模型里插入通用件零件后，再通過數據遷移標簽進行配合定位。如裝配體模型調用通用件，則遵循常規裝配體裝配子零件的方式進行插入定位。

圖5 不同通用件的三維模型

5 圖集庫標準件三維建模

結構專業除了鋼架采用插件焊件特征進行，還有平臺欄桿和鋼梯。平臺欄桿按照常規主要依靠特征命令中拉伸、切除、鏡像、旋轉、掃描等綜合使用而實現。鋼梯依據圖集進行建模。平臺有時為了可觀閱性，通常使用表面紋理進行簡單渲染，以方便區分不同平臺。花紋鋼板表面貼圖花紋鋼板圖像，格柵板表面貼圖網格圖片，以達到逼真效果。

常規鋼梯模型按形式大致分三種類型：鋼斜梯（如圖6所示）、鋼直梯（如圖7所示）和鋼螺旋梯（如圖8所示）。鋼斜梯按圖集庫進行基礎標準模型建立，可根據實際工程項目進行改變鋼梯傾角、帶上平臺等相關的調整與修改。鋼直梯也可根據實際工程項目，在基礎標準模型下進行調整連接附件或者生根預埋件等的修模操作。鋼螺旋梯主要在塔體式設備中較為常見，在框架式平臺由于各種工程原因難以實現時，可考慮塔體生根，設置鋼螺旋梯。

圖6 鋼斜梯模型

圖7 鋼直梯模型

圖8 鋼螺旋梯模型

6 整合設計項目的三維模型

各個專業的三維模型整合為一體后，能更精準、完整地模擬真實項目，優化設計。組裝整個設計項目的三維模型前，需預先規劃各個工藝子系統，然后分別組裝各個子系統非標工藝設備（集成涵蓋有系列標準件及通用件、圖集庫零件、自定義零件、派生零件）、結構、鋼梯、平臺欄桿、輔機設備等相關模型。組裝各個子系統時，需先安裝非標設備，再定位鋼架。因為系統之間有工藝連接關系，結構模型僅為工藝設備支撐定位用，所以總裝是依靠工藝關系進行定位、整合、組裝。總裝后，不僅可以通過目測粗略觀察出大的相互干涉，也可通過Solidworks軟件自身評估功能里的干涉檢查，檢查出比較細微的硬碰撞，并在左側的設計樹中一一列表顯示，為項目設計提供明確的設計變更點。

設計項目的三維模型整合后，通常會使裝配模型文件較大，交付設計院或者業主后無法導入另外系統，因而需由以下措施輕化模型，以適應交付要求。

（1）盡量多實體零件建模，減少總裝配體下子裝配體的層級別。但對于裝配關系較為簡單的組裝件，采用裝配體文件大小也不會太大。

（2）對于大型總裝配體，可采用總裝下的子裝配體均另存為零件，且在選項欄目下勾選僅保存幾何外部面，即只有一層裝配等級的總裝關系。

（3）通常設計院或業主采用的BIM系統都會在一個WEB端平臺，而各個片區設備系統的三維模型需在PDMS整合，由PDMS輸出為RVM格式文件（PDMS的輸出文件RVM通常系統會自動輕量化處理），而PDMS可接受的中間格式的文件類型為.stp和.sat。兩種格式的文件中，.sat相對較小，且不容易缺失幾何面。因此，在兩種格式均可接受的情況下，可考慮輸出.sat中間格式文件，也可稍微縮小模型文件。

7 結論

Solidworks軟件在工程設計項目三維建模中的應用充分體現了Solidworks軟件的以下特點：（1）能夠充分實現某些工程設計項目對三維模型的精度和觀閱性要求；（2）能夠在工程設計項目三維建模過程中實時進行庫文件、多配置系列化標準件和通用件的擴充，無須在建模前建設過多的后臺準備；（3）Solidworks相對于一些專業化三維軟件還具有較廣的適應性，對各個專業均可粗略可精細化建模，以實現多專業間完整直觀的相互協同設計；（4）使用Solidworks進行工程設計項目的三維建模可適應目前較為常用的BIM系統和PDMS系統的格式要求，而不受其他系統預設的數據庫限制，從而節約設計時間，減少設計失誤。