CAD在上海虹橋二層步廊工程的應用

王 宇，楊 鋒，楊 杰，徐海峰，楊 敖

（1.上海建工（江蘇）鋼結構有限公司，江蘇 海門 226100；2.南通理工學院，江蘇 南通 226000）

0 引言

AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design）是美國歐派克公司在1982年開發的一款自動計算機輔助設計軟件，常用于二維繪圖、詳圖繪制、設計文檔和基本三維設計，如今已經成為國際上廣為通用的繪圖工具。盡管它在某些專業領域不如Tekla、Tribon等軟件那么實用，但在某些特定的情況下，可以發揮很好的作用。

1 CAD在三維建模中的應用

隨著我國建筑業的積極發展，鋼結構橋梁不斷的推廣應用。而且伴隨著新技術、新工藝、新材料、新設備的不斷涌現，鋼結構橋梁得到進一步的發展，朝著大跨度、高強質輕、美觀等方向發展，這也給鋼結構橋梁的制作和施工帶來全新的挑戰。目前絕大部分的設計院出的圖紙都是二維圖紙，而且所提供的圖紙不能直接用于鋼結構的加工制作，安裝的精確性也無法得到保障，但是利用CAD三維技術，可以最大限度提高工程的設計甚至制造質量。

CAD三維技術的優勢如下：①可以使空間結構在平面上展開，確保下料尺寸的正確性；②可以保證鋼結構安裝的精確性，當然也包括鋼結構橋梁安裝的準確性；③鋼結構以及零件圖的設計更加方便快捷，使用三維CAD，可以用相臨兩零件的位置和形狀來生成新零件，如采用三維鏡像、三維陣列等；④工程類軟件價格昂貴，采購正版軟件是一大筆費用，加大了企業的負擔，而AutoCAD是我國企業的常見軟件，幾乎所有工程類企業都在使用，故使用該軟件進行三維建模可以節約特定軟件的采購費用，降低工程設計成本；⑤可先使用CAD繪制二維圖形，隨后使用放樣操作，將二維圖放樣轉換為三維圖，這樣操作可以大幅減少繪圖建模的工作量。

2 項目簡介

國家會展中心（上海），英文名“National Exhibition and Convention Center（Shanghai）”，簡稱“NECC（Shanghai）”，位于中國上海，是一個集展覽、會議、辦公及商業服務等功能于一體的綜合性會展體，也是上海市的標志性建筑之一。上海虹橋商務區核心區（一期）與國家會展中心之間的二層步廊工程（下面統一簡稱為：二層步廊工程）位于上海虹橋商務核心區與中國博覽會會展中心之間，在上海虹橋機場的西側，穿越小淶港、規劃小淶港、嘉閔高架、外環鐵路，并與地鐵2號線相鄰。全長約343m。上海虹橋二層步廊工程采用鋼箱梁，梁高1.5~2.0m，標準橋寬分為25m、18m和15m（圖1為標準橫斷面）。主橋采用連續鋼箱梁、簡支鋼箱梁結構，橋面設置橫坡和縱坡。底板設置縱向加勁肋，頂板設置縱向加勁肋和橫向T型加勁，腹板設置縱向及豎向加勁肋，橋墩處和中間均布設置實腹橫隔板，兩側頂板采用縱向加勁肋和橫向T型懸挑加勁，兩側下部采用弧形裝飾底板并設置縱向加勁。

3 CAD三維建模

圖1 橋梁典型橫斷面

圖2 橋梁彎曲段三維視圖

上海虹橋二層步廊鋼橋梁長度長，而且由于處在上海虹橋商務核心區與中國博覽會會展中心之間，避免和其他建筑的碰撞，鋼橋梁在平面上兩次拐彎，拐彎點處正是該工程的難點。為保證整個橋梁三維模型的正確性，在平面上畫二維圖時，就要保證尺寸與設計院藍圖一一對應，隨后使用放樣，將二維轉化為三維，橋梁彎曲段部分的三維模型如圖2所示。

4 雙曲面結構在平面上展開

在二層步廊鋼橋梁尾端，有類似于球面結構的裝飾鋼板，這種雙曲面形式的鋼板通常在加工制作時，將其分模塊展開。對于這種造型的鋼板，展開原理是把曲面的板分成無數接近曲面的平面，再找出決定每個平面的三個點，然后通過數學計算的方法把相鄰的平面組合在一起就形成精確的展開圖。這一原理類似于數學中的微積分，利用這個原理，將二層步廊工程項目尾端裝飾板分成八個接近曲面的模塊，找出決定這八個模塊平面的三個基點，并將這八個模塊分別在平面上均勻的標記十一個工作點，其中最上部及最下部模塊的平面圖。

隨后將八塊展開圖放在同一平面內，并通過數學計算的方法把相鄰的平面組合在一起，讓模塊與模塊之間相互靠攏，直到有正好結合，再將外輪廓連接起來，就是我們所要得到的一塊完整的雙曲面展開平面圖（如圖3所示）。

圖3 展開圖

5 現場安裝

吊裝前首先對地基進行處理。吊裝吊機行走路線澆筑鋼筋混凝土便道，同時每處吊裝段配備10塊6m×2.4m×0.3m的路基箱，以備臨時應變之用。梁的安裝按照該工程的特點和鐵路上的特別要求，總體規劃分四階段進行梁的安裝。

由于周圍環境的復雜性，現在安裝必須制定詳細的安裝計劃。例如有個分段跨越鐵路，吊裝前先和鐵路有關部門溝通，確定吊裝的時間，由于是跨越鐵路線，必須在現場拼接安裝好后，整體吊裝到相應的位置，圖4為現場安裝吊裝圖。

圖4 現場吊裝

6 結語

利用CAD軟件，可以將結構復雜的鋼結構構件三維立體模型搭建出來，而且可以直接從三維立體圖中得出有關尺寸，方便鋼結構加工廠制作，同時在三維模型中，可以盡早發現問題，提高準確度，為保障工期提供有利支持。隨著鋼結構橋梁的不斷發展，相信CAD技術的應用也將越來越廣泛，作用也將越來越大。