巧用CAD三維解決設(shè)計疑難問題.pdf

杜東新董俊德劉國英浙江亞廈幕墻有限公司 摘要：建筑是一門綜合學(xué)科，既是一件商品，也是一件藝術(shù)品。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，理念的更新建筑設(shè)計的藝術(shù)造型 趨于復(fù)雜，形式各異；復(fù)雜外立面的設(shè)計往往不是單純的平面形式，而是出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、雙曲等類型。常見的如各類場館的設(shè)計此 種項目的表達(dá)或系統(tǒng)的選型不是僅憑設(shè)計經(jīng)驗?zāi)軌蚪鉀Q的，更多的要借助于空間幾何模型的確立，對設(shè)計疑難問題進(jìn)行評定 找到項目的特征規(guī)律，提煉設(shè)計要點，以達(dá)到減少非標(biāo)設(shè)計的數(shù)量、提高工效的目的?，F(xiàn)在市場上流行的各類場館的設(shè)計三維 放樣后，都可以找出系統(tǒng)共F 1 點，貌似復(fù)雜，其實簡單，所采用的系統(tǒng)也僅是消化空間點的最大高差或?qū)㈦p曲面采用單曲面或 折線擬合。幕墻設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣泛的繪圖軟件為A u t o d e s k 公司開發(fā)的C A D ( 電腦輔助繪圖系統(tǒng)) ，借助于C A D 強(qiáng)大的三維 功能，通過幾何模型分析，模擬實際，發(fā)現(xiàn)問題，改進(jìn)系統(tǒng)，解決設(shè)計疑難問題。 關(guān)鍵詞：C A D 幾何模型；幕墻設(shè)計；空間框作法；排水設(shè)計：模擬 1 前言 設(shè)計軟件C A D 也就是電腦輔助設(shè)計軟件。在工程和產(chǎn) 品設(shè)計中，電腦可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負(fù)計算、信息存儲和制 圖等項工作：在設(shè)計中通常要用電腦對不同方案進(jìn)行大量的 模擬、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計信息，以D W G 格式的圖形存放在電腦的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索； 設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工 作可以交給電腦完成；由電腦自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快 速作出圖形顯示出來，使設(shè)計人員及時對設(shè)計尺寸作出精確 判斷和修改，極大地壓縮設(shè)計師的繪圖時間，使得設(shè)計師可 以有更多精力投入到設(shè)計作品、系統(tǒng)解決方案當(dāng)中去。 C A D 的平面設(shè)計出眾，隨著軟件的不斷升級換代。近期 推出的高版本其三維功能越來越強(qiáng)大，雖然還沒有達(dá)到 3 D M A X 或犀牛這種專業(yè)的建模軟件功能。但對于幕墻設(shè)計 師來說，由于天天與C A D 設(shè)計軟件打交道，上手最快且操作 相對簡單，可以方便快速地解決方案投標(biāo)、施工下料中的疑 難問題，如：三維表達(dá)、系統(tǒng)分析模擬、復(fù)雜加工圖處理等。當(dāng) 項目愈加復(fù)雜時，諸如此類問題僅僅靠大腦的空間想象能力 已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到，甚至?xí)云湃珜?dǎo)致錯誤的發(fā)生學(xué)會 C A D 三維沒計。配合專業(yè)知識可以讓我們快速而經(jīng)濟(jì)的對一套 系統(tǒng)進(jìn)行評判，由此對設(shè)計師的基本技能提出了更高的要求。 本文對C A D 三維設(shè)汁茁幕墻行業(yè)中的主要應(yīng)用簡述如下。 2 在系統(tǒng)模擬定型中的應(yīng)用 對一些建筑設(shè)計形式復(fù)雜的項目，沒有成型的案例可 詢，這就需要對外立面的設(shè)計進(jìn)行C A D 模擬分析，找到規(guī) 律，提練系統(tǒng)設(shè)計的共性，同時找到細(xì)節(jié)上存在的問題，予以 解決，諸如此類的非標(biāo)特異性的項目，C A D 三維模擬分析可 以大展拳腳。本節(jié)以俄羅斯聯(lián)邦的“W e d d i n gP l a z a ”項目作為 案例，講述C A D 三維在系統(tǒng)模擬定型中的應(yīng)用。該項目( 圖 1 圖4 ) 采用大角度扭轉(zhuǎn)單元幕墻設(shè)計，難度很高，通過系統(tǒng) 初選、確定分格、細(xì)部設(shè)計才能解決一系列問題。從而為后期 的施工設(shè)計提供基礎(chǔ)。 歹 峰驛* 一罐蒜筍 2 0 1 2 0 9O l 萬方數(shù)據(jù) 圖3 三維平面圖 圖4 局部層間三維放樣 2 1 系統(tǒng)初選 扭轉(zhuǎn)項目的設(shè)計思路有三種：應(yīng)力安裝法( 也有稱冷彎 法) ；空間框作法；魚鱗板作法。以上幾種作法各有優(yōu)缺 點，采用哪種作法更適合，取決于翹起距離( 。這類扭轉(zhuǎn)項 目的共性為：板塊的第四點( 指平面外的點，見圖5 ) ，與板塊 另三點不共面，進(jìn)而實現(xiàn)外立面的整體扭轉(zhuǎn)效果。在C A D 模 型空間建立模型，對以上2 7 個板塊放樣分析。經(jīng)統(tǒng)計數(shù)據(jù) ( 表略) 得出，翹起距離 ，見圖6 ) 為一定值7 8 6 m m ，此值較 大，如采用冷彎作法，則面材及骨架要在強(qiáng)制外力作用下達(dá)到 如此大的變形才能實現(xiàn)建筑效果；由于玻璃為脆性材料，顯 然對材料的要求過高，且項目本身要求高、造價不菲，如系統(tǒng) 選用不當(dāng)，導(dǎo)致板塊破損，則會造成昂貴的后期維修成本，得 不償失，故系統(tǒng)初定采用空間框作法。到此第一步系統(tǒng)初選 基本完成。 4 ，1 2 圖5 平面面板與空間框位置關(guān)系示意圖 J ，一一、 ，h 值翹起距離) 圖6 角部放大示意圖 2 2 分格確定 圖5 a 、b 、C 、d 在一個平面內(nèi)，實際上就是面材的分格中 心線，按節(jié)點的構(gòu)造寬度，可以算出面材的實際大小也就是 施工圖中的玻璃提料尺寸。a 、b 、c 、d 中只有三點在一個平 面內(nèi)，如果以d , b 兩條邊確定的平面為基準(zhǔn)，則a 、c t 不在此 平面內(nèi)，對空間單元板塊來說，a7 相當(dāng)于單元母豎框的分格 高、c 相當(dāng)于單元上橫框的分格寬。采用C A D 三維設(shè)計對2 7 個板塊進(jìn)行精確的放樣，可以確定龍骨的分格中心線尺寸。 到此第二步，可以斷定，如果采用空間框作法，則a , c 兩條邊 ( 也就是單元公豎料、單元上橫料) 室p h i l - 兩側(cè)要作梯形補(bǔ)償 條設(shè)計。對初期節(jié)點進(jìn)行三維放樣( 此部位略) ，調(diào)整不合理 設(shè)計，再次放樣，得出如下細(xì)節(jié)設(shè)計要點。 2 3 細(xì)節(jié)設(shè)計 a ) 扭轉(zhuǎn)單元排水坡度參數(shù)的設(shè)計，從圖4 的三維放樣可 以看出，板塊分為內(nèi)傾及外傾兩類，與水平面最大夾角實測 為1 4 。，則單元系統(tǒng)設(shè)計要大于或等于此夾角，才能保證水的 順利外排( 圖7 、圖8 ) 。 7 0 ， 固定值芝嬰毀 補(bǔ) 長 長方向加工成梯形 圖7 單元橫框示意圖 雀 單元右框 喜自 單元左框 嘗片外扣板 目 固定值 亨向加工成梯形k 畫丁一 於 L 一 J7 9灌 _佟 J 止 ! 慢 _ _ z i $ 一目3 曩_ 口 圖8 單元橫框示意圖 b ) 室外側(cè)扣板及室內(nèi)側(cè)梯形補(bǔ)償條設(shè)計 圖5 的示意圖也表明：a 、C t 單元母豎框及單元上橫框存 在三角形空隙，如果采用明框幕墻結(jié)構(gòu)，這兩條邊要補(bǔ)償才 能使平面玻璃與空問框更好地夾持固定，C A D 三維放樣銑加 工后的形狀如圖9 、圖1 0 示。 0 2 2 0 “ 1 2 0 9 萬方數(shù)據(jù) 叁魚童絲 1 放大2 娶 l 氣 影為梯形 1 _ 一 一 J_ 沿長方形作銑加工 1 ，r r 捌匕 圖9 外扣板三維加工示意 圖1O 梯形補(bǔ)償片三維加工示意 c ) 扭轉(zhuǎn)后單元橫豎框交接面的三角形空隙的設(shè)計 扭轉(zhuǎn)單元橫豎框交接面為非垂直關(guān)系，故當(dāng)各個面交界 時，框料外輪廓間會產(chǎn)生三角形，對性能有影響的主要有如 下幾處：外立面橫豎向裝飾扣板室內(nèi)側(cè)橫豎龍骨交界處空 隙的設(shè)計，插接位置空隙的設(shè)計。以上幾處細(xì)節(jié)設(shè)計，只有通 過三維放樣確定尺寸，才能解決幕墻系統(tǒng)上的關(guān)鍵問題，據(jù) 此可以確定系統(tǒng)的選擇是否可行。關(guān)于此部分的詳細(xì)設(shè)計， 筆者在大角度扭轉(zhuǎn)( 面) 單元幕墻模擬設(shè)計中有詳細(xì)的闡 述，本文不作過多說明。由此可見。此類問題如不借助于三維 的設(shè)計，解決起來難上加難。 d ) 扭轉(zhuǎn)單元豎框的室內(nèi)“甩尾”現(xiàn)象 C A D 三維放樣后發(fā)現(xiàn)，本層單元與上層單元有錯位，如 圖1 1 、圖1 2 示。 圖1 1空間單元室內(nèi)效果 從圖1 1 、圖1 2 可以看出，四個單元的插接豎逢不在同一 直線上，上下層之間會形成一個階差，這點是與正常平直單 元幕墻不同的，但由于此部位位于室內(nèi)裝飾面以內(nèi)，被樓板 隔開，盡管實際會存在這一現(xiàn)象，但不會對內(nèi)飾效果造成影 圃刪 響。從圖5 的正投影上也可以確定，這個值為4 m m 。左右板塊 橫框不在一個標(biāo)高上，這也是空間框作法的缺點之一。室內(nèi) 橫龍骨不在同一標(biāo)高，如以外立面中間板塊A 點為基準(zhǔn)，會 出現(xiàn)不同板塊的室內(nèi)橫框上頂點出現(xiàn)左高右低或右高左低 的現(xiàn)象，如果房間柱間距較大則對室內(nèi)效果有影響。但通過 內(nèi)裝飾的設(shè)計，此問題可以彌補(bǔ)。 l曩 圖1 2 常規(guī)單元室內(nèi)效果 以上放樣后，將細(xì)節(jié)設(shè)計中的問題進(jìn)行消化，可以得到 如圖1 3 、圖1 4 最后的圖紙。 單位：m m 餃橫框加長6 r a m 較橫框加長6 m m 豎框水密線- n 橫框水密線“。 - - 。 l l 一一一：墅!_j： J 饈一一 烈肇也 圖1 3 標(biāo)準(zhǔn)單元豎框節(jié)點圖 劁i 一l l | ， m m 單位： ? 橫框水密線* 7 it r q b 點 ?氣密線 ? 圖1 4 標(biāo)準(zhǔn)單元豎框節(jié)點圖 從標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點可以看出，此類項目的水密、氣密線，與常規(guī) 單元存在階差，當(dāng)橫豎框扭轉(zhuǎn)后，空間幾何關(guān)系變得復(fù)雜，交 線不再是垂直等長的關(guān)系，只有通過在豎框上對水密、氣密 線位置的尺寸作后退或加長處理后，才能保證水密、氣密效 果不受影響，諸如此類的細(xì)節(jié)設(shè)計，僅有在空間幾何模型中 才能清楚的表現(xiàn)。C A D 三維在系統(tǒng)模擬定型中的應(yīng)用因其 2 0 1 2 0 90 3 醚 萬方數(shù)據(jù) 囹 尺寸的極端精確，是其他軟件所不能取帶的。 3 在項目招投標(biāo)中的應(yīng)用 工程建設(shè)招標(biāo)投標(biāo)是建設(shè)單位和施工企業(yè)進(jìn)入建筑市 場進(jìn)行公平交易、平等競爭，達(dá)到控制建設(shè)工期、確保工程質(zhì) 量和提高投資效益目的的保障。由于幕墻行業(yè)門檻低，入圍 容易。所以招標(biāo)過程其實比拼的就是實力。一份完整的投標(biāo) 文件可以增色不少，因業(yè)主不懂圖紙，專家或評委在評定的 時候要在規(guī)定的時間完成5 家8 家的審查內(nèi)容，時間很短， 所以如果哪個廠家能夠以通俗易懂和簡潔明快的方式進(jìn)行 表達(dá)，就可以獲得較高的技術(shù)分，從而為整體勝出增加籌碼。 如圖1 5 圖1 7 的結(jié)構(gòu)表達(dá)。 圖1 5 石材幕墻三維圖 圖1 6 單元幕墻上料平臺 圖1 7 幕墻板塊的樓層運輸 4 在施工下料中的應(yīng)用 對一些復(fù)雜的加工圖紙，C A D 三維可以充分發(fā)揮其切、 銑相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作，大幅提高工作效率，本節(jié)以單 叁魚查堡 元幕墻龍骨加工圖為例詳述C A D 三維在施工下料中的應(yīng)用。 a ) 首先在C A D 工作界面中建立不同材料的圖層，作圖 時要注意圖層與三維圖形中的材料對應(yīng)，方便操作，這點尤 為關(guān)鍵。在三維建模中，因為不同的材料會相互遮擋，造成操 作困難，當(dāng)對某一圖層進(jìn)行操作時，關(guān)閉其它圖層，可以高效 完成對某桿件的切、銑操作； 圖1 8 b ) 上述工作完成后，按系統(tǒng)節(jié)點建標(biāo)準(zhǔn)分格寬、高的模 型( 如圖1 9 一圖2 3 ) ，也就是實際加工車間要用的組框圖； 圖1 9 局部示意 圖2 1 局部示意 2 0 1 2 。0 9 萬方數(shù)據(jù) 墓墮童絲 圖2 2 局部示意 c ) 當(dāng)上述工作完成后，將桿件從三維轉(zhuǎn)成二維。以單元 左豎框為例，按如下步驟操作：將其它圖層關(guān)閉轉(zhuǎn)入圖紙空 間得到圖2 4 示的操作界面。 、孥艟x 蚪田日u 1 峙 可 吣- 玻璃護(hù)邊條 宙 、諍單元上績 宙 q 單元下橫 雷 、秘單元右堰 曹 斕黼扣寸耄：燃：+ q 掛件齒授二 雷o(hù)，穆；羊紅C o n t l r t 埒掛件二 管 。 固1 2 2 顰r t t l r t q 掛件一 毒 。 囊1 2 2 C o n t i r t 圖2 4 圖層示意 圖2 5 單元左豎框示意 在圖紙空間里，輸入s o l p r o f 后選所要轉(zhuǎn)換的實體，雙擊 進(jìn)入視口編輯模式，調(diào)到自己想要的角度和大小，輸入 s o l p r o f ，選擇物體，按回車，然后就會發(fā)現(xiàn)一個想要的圖形塊 覆蓋在原模型上，然后回到模型空間，把那塊移出來，注意有 兩個塊，一個是消隱的部分，一個是可見的部分，如圖打勾圖 即為所需圖紙( 圖2 6 ) 。根據(jù)自己需要，最后用U e S 空格v 空 格，調(diào)成x y 平面坐標(biāo)系，把想要的圖形復(fù)制，新建一個圖形， 拷進(jìn)去即得到圖2 6 。在C A D 模型空間下，用“E x p l o d e ”命令將 圖炸開，刪去多余的線條，得到單元左豎框的平面加工圖。 圖2 6 單元左豎框轉(zhuǎn)二維示意 圖2 7 單元左豎框轉(zhuǎn)二維示意 圖2 8 豎框上端 圖2 9 豎框下端 將得到的單元左豎框的平面加工圖( 圖2 7 ) ，標(biāo)注尺寸，增 加剖面及技術(shù)說明，則單元左豎框加工圖就完成了。這里面 有一點要注意，當(dāng)豎框的兩個面都有打孔或銑加工的情形， 轉(zhuǎn)成平面圖時，應(yīng)按剖視方向?qū)⒖床灰姷囊幻娴目孜换蜚娂?工線畫成虛線。同理，單元右豎框、上橫框、下橫框等都可以 按此出圖，尤其是對于一些復(fù)雜的單元項目，僅僅通過空間 想象來搞清哪里干涉，哪里不干涉，已經(jīng)非常困難。此時C A D 三維設(shè)計應(yīng)用則可以大展手腳，讓我們?nèi)轿坏赜^察桿件的 交接情況。加工圖完成后，根據(jù)節(jié)點的構(gòu)造尺寸，在E X C E L 單元細(xì)目表格中生成相應(yīng)的公式，得到料長，再與三維放樣 的料長對比是否有出入，如一致，則說明完全正確，如不一 致，則說明公式或三維放樣有誤，重新查找錯誤，樣驗一致后 方可出圖。由此可見，C A D 三維不僅具有直觀的表達(dá)功能，還 2 0 1 2 0 90 5 u n n n nl：l L L i “ 圳 ” 川 U O O O 0 k C C C C紅4W 紅寄洋 _ 墨 萬方數(shù)據(jù) 具有糾錯樣驗的作用，在幕墻設(shè)計中，真正有難度的其實就 是單元幕墻的加工圖設(shè)計，如日本的“C o c o o n ”大廈，幾乎所 有的設(shè)計下料工作都是三維放樣完成的。經(jīng)過此操作步驟可 以得到如圖3 0 的加工圖紙。 圖3 0 單元左豎框加工圖 5 在培養(yǎng)設(shè)計師中的應(yīng)用 幕墻是一個快速發(fā)展的行業(yè)，設(shè)計人員總處于短缺之 中，新人的培訓(xùn)便成為重中之重。如何使設(shè)計人員快速的成 長，這當(dāng)然需要多方面的支撐。不過C A D 三維應(yīng)用在設(shè)計人 員的培養(yǎng)方面還是有可取之處的。筆者以前曾任職沈陽一家 一級企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人，從新招聘的幾人中選出二人專攻C A D 三維設(shè)計，公司所有的圖集讓其畫了一遍，一是投標(biāo)之用；二 是培養(yǎng)新人。三個月后，明顯感覺有三維設(shè)計經(jīng)驗的設(shè)計師 對系統(tǒng)的理解能力更強(qiáng)，這是因為C A D 三維具有直觀的表 達(dá)功能，對新入門的設(shè)計師能夠更快的理解設(shè)計意圖。幕墻 設(shè)計圖往往是平面表達(dá)，且不符合機(jī)械制圖視圖在一張圖中 布局的習(xí)慣。有的設(shè)計節(jié)點僅僅是平剖或豎剖，需要有一定 的經(jīng)驗才能看懂。因此可以適當(dāng)擴(kuò)大C A D 三維設(shè)計在培養(yǎng) 設(shè)計師中的應(yīng)用，編制合適的培訓(xùn)教材。 C A D 的應(yīng)用，只有結(jié)合專業(yè)人才的專業(yè)知識才能發(fā)揮其 功效，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，有針對性的對不同方向 進(jìn)行深入研究，可成倍甚至幾何級數(shù)提高工作效率。一些小 的l i s p 程序?qū)μ岣咧茍D效率也有極大的幫助，如畫焊逢、角 碼、巖棉、批打印等。 6C A D 技術(shù)的不良影響 雖然C A D 技術(shù)有上述強(qiáng)大功能，但也有人士認(rèn)為C A D 技術(shù)的濫用會使建筑設(shè)計工作從一種藝術(shù)創(chuàng)作變?yōu)橐环N工 業(yè)化生產(chǎn)。C A D 引以為榮的復(fù)制、套用的高效率手段，使得設(shè) 計過程本身就傷害了這一學(xué)科，而C A D 的標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化使 得建筑作品千篇一律，缺乏靈氣、缺乏個性和人情味，建筑已 經(jīng)變?yōu)榧兇獾纳唐?。而最有藝術(shù)氣息的手繪建筑效果圖，也 將要被電腦效果圖取代