大型建筑鋼結構虛擬施工建模關鍵技術研究

張 帥

（河北鑫煌建筑設備安裝有限公司，河北 石家莊 050090）

我國經濟發展迅速，國家基礎設施的建設越來越多，建模逐漸擴大。大跨度鋼結構在我國建筑中得到了廣泛的應用。鋼結構在發展的過程中，也遇到了一些問題，主要是大型鋼結構的吊裝。因此，對大型鋼結構的吊裝過程進行預先的模擬顯得非常重要。計算機技術的不斷發展，虛擬技術的應用變得更加成熟。在對吊裝過程進行模擬時，建立模型是比較重要的。

1 介紹參數化建模方法

虛擬技術主要指的是設立一個虛擬的平臺，對虛擬吊裝的過程進行研究。要想完成虛擬吊裝，必須建立虛擬模型。大型建筑鋼結構構件比較多，種類復雜，如果使用傳統的建模技術，會增加很多的工作量。在這種情況下，采用參數化建模技術比較實用，它是建立在數據驅動的基礎上，這項技術在執行起來效率較高，比較精準。

參數化建模的原理是借助數據庫的支持，進行尺寸驅動，利用建筑模型的表達方式，在改變尺寸的同時，實體模型的形狀發生自動改變，創建施工的資源庫，對施工的過程進行仿真。

建筑模型采用的是IFC標準，它是在1995年由國際協同聯盟提出的，主要是使建筑中不同的專業或者是相同專業不同的軟件能夠對同樣的數據源進行共享，數據能夠體現出交互性以及共享性。建模技術的大致過程是：第一，對基礎模型進行分類，對模型參數的信息資料進行整理；第二，對單個基礎模型的參數屬性進行定義；第三，對基礎模型進行組合；第四，如果基礎模型的組合符合要求，就需要執行下一步工作；如果基礎模型達不到要求，需要進行模型的重組，建立結構復雜的模型。第五，執行平臺間的相互操作。

2 對虛擬吊裝鋼構件進行建模

對鋼構件進行參數化的建模時，主要工作包括三項：第一，對模型基礎幾何屬性參數進行設置，如桿件截面的屬性；第二，對模型工程的性能參數進行設定，如材料的屬性；第三，設置仿真過程中用到的技術參數。在建立模型的過程中，可以在特定的屬性欄中進行參數屬性的設置。例如，在對單個鋼管柱的模型建立時，在屬性欄中設置半徑等參數，這樣可以建立鋼管的初期模型。標準化的模型需要描述與工程相關的特定參數，這樣，建立的模型就具有智能化的特征。

3 建立機械設備、復雜動作的模型

在大型建筑鋼結構的施工過程中，需要用到的機械設備主要有以下幾項：（1）汽車吊，（2）履帶吊，（3）塔吊，（4）叉車。在建立機械模型的過程中，控制參數是比較重要的。機械設備不同，需要控制的參數也存在很大的不同。

在吊裝施工的過程中，機械設備的動作主要包括四種：第一，起升；第二，變幅；第三，回轉；第四，行走。這四類運動模式在運動軌跡特點上存在差異。在建模的過程中，主要是借組層次節點視圖技術，對于機械設備模型中局部、整體之間的關系進行約束，并對它們之間的關系進行妥善處理。由于約束的關系以及連接形式的實現方式存在差異，對運動軌跡造成的影響也不同。

在進行機械建模的過程中，層次坐標系的建立比較重要。主要技術是DOF技術。DOF技術能夠讓模型局部執行旋轉、位移等相關的動作。對相應參數設定最大值以及最小值，可以對部分運動變化的范圍進行控制。DOF技術包括自由度的參數變量，主要是和旋轉、位移以及伸縮有關系。與參數變量相對應的是約束參數信息，主要是以.flt的形式被保存在模型數據庫中。在模型建立的過程中，在模型特殊的位置需要先設定DOF節點，對節點進行動態坐標系的創建。在這種情況下，模型會具有新的約束條件，并且以.flt的形式保存起來。在Vega仿真平臺系統中，約束條件被載入進去，結合用戶的需求，借助相關的代碼語言，當前的應用程序就可以對其進行調用。在虛擬吊裝的過程中，模型對象就可以對其動作、運動軌跡以及姿態進行任意的改變。

4 結合碰撞檢測和力學分析功能建立模型

在虛擬吊裝的過程中，模型的效果、尺寸、運動需求都會在一定程度上對虛擬吊裝過程的效果造成影響。大型建筑鋼結構施工過程比較復雜，需要進行多方面因素的考慮。在這些因素之中，難點就是在實際施工的過程中經常發生碰撞的現象。所以，必須要進行碰撞檢測。

進行碰撞檢測最重要的因素在三個方面：第一，建立模型約束體；第二，選擇仿真平臺；第三，采用操作技術。借助參數化建模技術就可以控制約束體，這對碰撞檢測的效果有很大的影響。在建立模型約束體時，可以借助MultiGen Creator建模軟件。用戶可以結合實際的情況，把約束體放置在模型的相應位置。在對約束體進行定制時，如果約束體靠近模型比較近，并且約束體比較小，碰撞檢測的效果會更精確。把虛擬吊裝技術與力學分析功能相結合，可以解決結構失衡、結構性能遭到破壞的相關問題。要想實現這項功能，最重要的是模型需要對桿件的信息進行準確的反應，模擬施工時點，獲取屬性信息以及空間坐標等，通過軟件的分析，使吊裝過程的安全性得到保證。

5 結語

在大型建筑鋼結構的施工過程中，為了保證施工的有效性，解決施工中遇到的問題，需要借助虛擬建模關鍵技術。對大型建筑鋼結構的施工過程進行仿真，分析虛擬施工中存在的相關問題，以便為實際的施工過程提供指導。

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