[摘要] Triforma在冷轧机组基础模板图三维设计中的应用Application of Triforma in 3D Design of Line Foundation Former Drawing
Triforma在冷轧机组基础模板图三维设计中的应用
Application of Triforma in 3D Design of Line Foundation Former Drawing
贺道红
HE Daohong
（宝钢工程技术集团有限公司 上海 201900）
Baosteel Engineering & Technology Group Co., Ltd., Shanghai, China
摘要：阐述了三维软件Triforma的使用特点及其应用到冷轧酸洗机组基础模板图三维设计的要点，结合某酸轧机组基础模板图的三维设计对采用Triforma进行三维设计的流程进行了总结，包括基础模板图的三维建模、工艺向结构专业在三维设计下的提资方式、抽取剖面图和材料报表的统计。
关键词：Triforma基础模板图三维建模抽剖面图
Abstract: This essay explains the using characteristic of 3D software and emphasizes on the application of 3D design in civil foundation of cold rolling continuous pickling line. It summarizes the 3D design flow of Triformaapplication in the 3D design of civil foundation of cold rolling continuous pickling line in MeiShan Steel, including the 3D modeling of civil foundation, the method of process suppling 3D data to structure, the extracting of the section plane drawing and the counting on the material reports.
Key words: Triformacivil foundation3D modelingextract of section plane drawing
1.前言
工程技术公司在项目全面三维设计的推动下，三维工厂设计向深度方向发展，机组基础的简易三维建模已经难以满足工厂整体三维设计的需要。机组的基础模板图是主体专业根据业主待建机组的厂房空间，综合考虑机组工艺线、管线和电线的走向以及机械设备的空间布置做的基础布置图，用以提交给相关协同专业核算的基础资料。在传统的二维设计中，基础模板图经过协同专业详细设计之后返还给主体专业，才开始进行设备安装、管线、电缆桥架布置。三维设计的优点在于协同设计，就是各专业的阶段性成果可以实时被相关专业参考作为设计的依据。因此，基础模板图采用三维设计之后，一方面可以提交给结构专业，结构专业以此为依据，经过结构设计计算之后，可以直接在三维基础模板图上进行修改；此外，同时可以被流体专业作为三维管线布置的依据，提前进入管线布置的详细设计阶段，提高协同设计作业的效率，加快项目的设计进度。
为此，在之前工艺段三维设计的基础上，我们在某酸轧机组项目中研究利用三维软件Triforma进行机组基础模板图的三维设计工作。本文就三维软件Triforma在某酸轧机组基础模板图的设计中的应用情况对其应用经验进行介绍，以供同行参考。
2.三维软件Triforma介绍
MicroStation Triforma是一个三维实体模塑建筑软件，所有有关建筑物的相关信息（几何信息、属性信息、材料信息）都包含在三维实体模型中，可以直接从三维模型中产生所需要的结构施工图（平面图、立面图、剖面图、透视图）和材料报表（如建材用量、规格型号，成本预估），同时它也可以让三维模型与相关的文件报表做双向数据链接，减少因设计变更所造成的烦琐绘图工作。
Triforma中的Tri代表Triforma功能由三个核心概念所组成：
•建模(Modeling)－三维模型的创建，全信息模型（几何信息、属性信息、材料信息）；
•表现(Presentation)－平立剖面图纸的表现及三维可视化表现；
•报告(Reporting)－材料统计报告。
Triforma软件的数据可相互操作性使得可以让更多的设计人员同时建造同一个工程模型（工程模型的各个不同的部分）；而强大的协作功能则使得各专业之间可以相互引用对方以及自身的模型作为建造本专业模型的依据及抽取工程图纸的内容而不用重复建模；参考模式的使用不仅可以减少数据的冗余，而且因为单个文件的数据量小容易操作；此外，MicroStation软件中设计历史的使用，使得可以在三维模型文件中方便的记录、复查、恢复以及询问设计变更[1]。
此外，MicroStation Triforma软件还支持国际上建筑业广泛关注且接受的产品数据交换与共享的标准－工业基础分类(Industry Foundation Clsasses)，使得采用Triforma三维软件建立的建筑模型记录了各个建筑实体所包含的材料，截面、体量等各种特性，输出的IFC文件模型可为支持IFC标准的结构分析软件(如STAADPro)进行结构分析设计[2]。
3. Triforma在基础模板图中的应用
初步设计阶段的基础模板图需要表达的内容包括机组模板外形，即土建基础，包括钢结构、栏杆、楼梯、墙、板、梁、柱、门窗等厂房构件的空间布置；在详细设计阶段，给土建提资的基本模板图需要表达的内容还包括：机械设备的底板形状、设备的载荷量、底板上与设备连接的螺栓孔尺寸和螺栓形式、管道埋件以及设备埋件位置、机械和电气埋管的布置。
Trifroma在机组模板图的应用分为三维建模，模型的表现以及材料报表的统计三部分。
3.1 Triforma三维模型的建模
Trfiroma软件通过三种主要的形式来构造具有全信息属性的三维模型，包括形体(Form)、组件（Part）和组合式单元(Compound Cell)。
3.1.1形体的概念和分类及其应用
形体（Form）是Triforma软件中重要的一种三维对象，是建造元素（例如楼板、墙、粱、柱、屋面、构建等）的图形表示，按照类型可分为线状形体、曲线形体、自由形体、板状形体和智能实体。形体可以直接放置，也可以通过基于平面的线性元素或者面元素构造而成，对形体可进行常用的布尔运算，也可以通过修改其构造元素来修改形体，有利于对设计变更进行快速修改，此外，形体在抽取剖面图时可以按照预先设定好的尺寸类型自动标注。
在某酸轧机组机组模板图三维设计中，采用了线状形体来构造混凝土墙，利用板状形体来构造梁、柱，设备基础、二次灌浆层、设备埋件和管道埋件，利用自由形体来构造具有多边形底面的设备基础。对于埋件的绘制，采用形体尤其有效，埋件一般是埋置于混凝土中，所以绘制埋件的时候，需要先对在混凝土实体切割出埋件所需要的空间，然后将埋件绘制上去，因为形体的使用，使得切割实体的复制、移动和拉伸等功能可以通过对构造穿孔所基于的平面元素进行修改而实现，有利于埋件的绘制和修改。
图1. 某酸轧机组入口段由形体构造的基础模板图局部细节图
3.1.2组件的概念及其应用
组件(Part)是三维模型与工程图纸表现形式、规范文件和材料报表之间的连接桥梁。组件可以通过Triforma软件所特有的数据集管理器工具（Dataset Explorer），可以在该管理器中根据项目的需要定义不同的组件（Part）和组件族（Family）。对于一个具体的组件，又可以定义其全信息的属性，包括组件基本几何属性，抽取剖面图和剖视图时的二维抽图属性，组件渲染属性，组件材料统计的公式定义以及自动标注尺寸的格式。
比如默认状态下，Triforma将建筑的构造元素分为几个组件族：包括门、窗、楼梯、钢结构、墙、天花板等几类；在一个族中又进行细分，比如将墙分为100mm、200mm、250mm等不同厚度的墙面，用户可以方便的根据项目的需要定义不同的组件族和组件。从公司层面来讲，在项目开展前对组件族和组件进行科学设置并定义的意义非常重要，因为这些设置和定义的使用要远远超过一个具体项目的生命周期。在梅钢项目中，根据需要，在墙这个组件族中添加了埋件(maijian)和地面墙（ground wall）这两个组件；在以后的设计中，应该结合土建专业的需求定制更加全面的组件类型以备使用。
3.1.3组合式单元的概念及其应用
组合式零件是由三维的实体造型(3D)、二维的平面图符号（Plan）、穿孔机(Perforators)和原点(Origin)组合而成，它可以存储在主机的零件库内供项目所有设计者使用。组合式零件的优点一方面在于将组合式单元放置在墙面上时，其位置与墙面造型位置彼此是关联的，通过穿孔机的移动之后，在原来穿孔的地方墙面会自动闭合；另一方面在构造三维模型时只显示其三维实体造型，而在抽取剖面图的时候，剖面图上只显示组合式单元的二维平面图符号，这样可以加快抽取出的剖面图的出力速度。
组合式单元分为参数化单元和非参数化单元，参数化单元包括参数化楼梯、参数化屋架和参数化门窗等工具，参数化单元放置之后的修改可以通过修改单元的参数化定义来实现；而非参数化单元放置之后的修改只能通过放置另外一种组合式单元来实现。此外，组合式单元的放置可以采用共享单元的形式放置，共享单元的优点在于放置单元后所在主机中占取的内存与放置单元的个数无关，大大减少了放置单元后文件的容量；而且共享单元可以同时被修改或更新。
在基础模板图设计过程中，为了表达工艺专业的意图，需要绘制楼梯、栏杆等参数化单元，采用Triforma自带的参数化组合式单元工具非常方便，对于已经绘制好的组合式单元可以直接读取其属性对参数直接进行修改，非常方便。
图2. 某酸轧机组出口段构造的栏杆、楼梯组合式单元局部细节图
3.2抽图管理器的使用
三维软件最大的优点在于通过设置好抽图定义参数便能自动高效的抽取出平、立、剖面图。Tiforma软件自带的抽图管理器工具(Drawing Extracting Manager)，通过两个资料控制系统的参数来控制产生的剖面图，一个是在数据集浏览器（Dataset Explorer）中对组件的定义，另外一个便是抽图管理器工具中对剖面参数的设定。
抽图管理器工具通过预先定义好抽图定义文件，该文件可以既直接导入以前定义好的抽图文件，也可以新建。将多个抽图类型预先定义好，还可以通过批量抽取的方式实现，有利于大量剖面图的抽取。Triforma的抽图可以有多种方式，可以直接抽取平、立、轴侧视图，也可以将三维模型保存为任意视角的视图进行抽取，此外，可以通过两点，面、全平面的方式对三维模型尽心剖面图以及任意剖面前后透视深度的剖视图的抽取。对剖面图的抽取，通过数据集浏览器对组件抽取二维图剖面线和自动标注功能的定义，自动对剖面图产生预先设置好的剖面线以及尺寸标注。抽图文件定义中可以将抽取出来的剖面图或剖视图文件以多种存储方式保存，或将其直接放在三维模型主文件中，也可以将剖面图、前透视图和后透视图分别以不同文件格式的形式保存，以利于设计人员对抽取后的图进行后续处理。
图3. 某酸轧机组入口段基础模板图抽取出来的剖面图
3.3材料报表的统计
传统的二维基础模板图设计，设计结束之后，如果需要估算一下整个设计过程中所需使用材料的话，往往非常费时间，而且容易出错。在Triforma中，有专门的材料统计工具，可以自动统计三维设计模型中的材料用量。
影响Triforma软件材料报表统计结果的因素有两个：一个是数据集浏览器中对材料（component）的定义，另外一个是数量估算工具(Quantify)及报表版面文件所设定的参数资料。Triforma材料统计内部程序运行的流程是首先辨识造型元素由哪个组件（Part）构造，然后辨识组件所定义的材料，最后执行材料的统计计算公式，将公式结果输出。因此，要成功执行材料报表的统计，组件的定义、材料的赋予和统计公式的正确设定缺一不可。
在某酸轧机组项目基础模板图设计中，我们对基础外墙设置为500mm，底板厚度设置为800mm，将所有的墙、梁、柱以及板均设置为一个组件，然后将其统计材料，混凝土用量为1.4×104 m3，结果与传统二维设计的估算值接近。
4.小结
三维软件Triforma在某酸轧项目的机组基础模板三维设计中取得了非常不错的成绩，流体专业根据三维的基础模板图，在结构专业还没有完成详细设计过程时已经提前介入到液压气动和酸洗工艺段中间配管三维详细设计过程中，在流体中间配管设计过程中，还可以不断对基础进行修改，并将修改内容实时反映给结构专业，使得结构专业的设计可以更加优化，减少了管线和基础的碰撞可能性，同时也加快了项目的设计进度。值得注意的一个技术问题是工艺专业对基础模板图采用Triforma进行三维设计时，需要充分考虑结构专业对基础模板图三维模型的可重复利用性，结合结构专业的术语建立一套完善的基础模板图三维模型建模过程中造型元素组件的定制规则以及层的合理设置，以便以后能够非常方便的利用三维软件的自动功能抽取剖面图和进行材料统计；此外，工艺专业给结构专业的三维提资模式需要两个专业进行协商，既要考虑模型交接的简易性，又要明确三维基础模板图的设计深度。
5.参考文献：
1.Triforma User Help Documents，Bentley Institute，2005；
2.邓雪原，张之勇，刘西拉，基于IFC标准的建筑结构模型的自动生成（J），2007（40）：6~12.
