(1.中國建筑科學(xué)研究院深圳分院，深圳 518057； 2.廣州合潤(rùn)鋁模架安裝有限公司,廣州 510220)

1 引言

目前在國內(nèi)建筑施工過程中，鋁合金組合模板(以下簡(jiǎn)稱鋁模板)正以其具有綠色、低碳、經(jīng)濟(jì)、方便、施工質(zhì)量好等多種優(yōu)點(diǎn)，逐步成為建筑項(xiàng)目施工首選的模板材料，大量的住宅項(xiàng)目都開始采用這種施工技術(shù)。同時(shí)國家住建部和各地住建局也都在積極鼓勵(lì)在建筑施工推廣、應(yīng)用鋁模板這種綠色施工技術(shù)。

在鋁模板施工中，最重要特點(diǎn)就是在工廠生產(chǎn)加工鋁模板、運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，形成可施工的模板。目前在施工現(xiàn)場(chǎng)中沒有鋁模板的加工設(shè)備，因此要求出廠的鋁模板必須進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和加工，若運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)導(dǎo)致無法拼裝，影響施工進(jìn)度，同時(shí)鋁模板必須重新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)加工，導(dǎo)致成本大幅攀升。可見，鋁模板設(shè)計(jì)是鋁模板施工的龍頭，設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量直接影響后續(xù)的施工及公司的利潤(rùn)。

國內(nèi)目前鋁模板設(shè)計(jì)工作中超過80%的內(nèi)容還是依賴設(shè)計(jì)師手動(dòng)設(shè)計(jì)，在鋁模板施工時(shí)，不僅要完成結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件設(shè)計(jì)，還要把建筑部分(滴水、外圍線條、壓槽等)的構(gòu)件包含進(jìn)去，這樣形成了更為復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)體，增加了設(shè)計(jì)工作量，更加大了設(shè)計(jì)的難度； 在當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，仍然以人工方式從事這樣重復(fù)、低效率的鋁模板設(shè)計(jì)工作，不僅是人工的浪費(fèi)，更影響鋁模板這種新技術(shù)、新材料的推廣。

綜上所述，研究和開發(fā)出一套專業(yè)的鋁模板設(shè)計(jì)軟件，變得尤為必要和緊迫。

2 開發(fā)語言及平臺(tái)

AutoCAD是目前在設(shè)計(jì)行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛、使用人數(shù)最多的CAD軟件。同時(shí)，ObjectARX二次開發(fā)相對(duì)其它圖形平臺(tái)更為成熟，它提供了以C++為基礎(chǔ)的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境及應(yīng)用程序接口，能真正快速的訪問AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫，ObjectARX應(yīng)用程序是一個(gè)DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫)，可共享AutoCAD的地址空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)AutoCAD進(jìn)行直接函數(shù)調(diào)用。使用ARX編程的函數(shù)的執(zhí)行速度很高，并且ARX 類庫采用了標(biāo)準(zhǔn)的C++類庫的封裝形式，這也大大提高了程序員編程的可靠度和效率。本軟件基于AutoCAD開發(fā)平臺(tái)，采用Visual Studio 2010 組件中C++及C#編程語言完成開發(fā)的。

3 軟件功能介紹

3.1 結(jié)構(gòu)三維建模

結(jié)構(gòu)三維模型是整個(gè)軟件的核心，它為模板設(shè)計(jì)過程中的沾灰面計(jì)算、模板排布、數(shù)據(jù)檢查等環(huán)節(jié)提供必要的數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)構(gòu)三維建模采用智能化的人機(jī)交互方式，引導(dǎo)用戶在操作界面中逐步完成柱、墻、梁、板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的建立，搭建起樓層的結(jié)構(gòu)構(gòu)架，在搭建過程中，軟件提供多種編輯功能，包括復(fù)制、移動(dòng)、鏡像、旋轉(zhuǎn)、延伸、對(duì)齊等功能，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的快速排布和準(zhǔn)確定位。

圖1

在本軟件中支持三種模式結(jié)構(gòu)建模：

(1)數(shù)據(jù)接力

可接力國內(nèi)常見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件(SATWE、MIDAS)的模型數(shù)據(jù)，在減少用戶建模工作量、實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確建模的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與鋁模板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)間的連通，符合BIM技術(shù)思想。

(2)圖紙識(shí)別

根據(jù)國家建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)圖集規(guī)范，可對(duì)AUTOCAD軟件電子版dwg格式文件的施工圖進(jìn)行識(shí)別。可完成軸線、柱、剪力墻、梁等結(jié)構(gòu)主體內(nèi)容的識(shí)別。對(duì)識(shí)別完成的內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)分析整理，形成與實(shí)際工程完全相符的三維建筑數(shù)據(jù)模型。

軟件支持自動(dòng)識(shí)別和手動(dòng)識(shí)別，可以對(duì)批量選中的對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，也可以單獨(dú)選中某一個(gè)或幾個(gè)對(duì)象進(jìn)行識(shí)別，并支持撤銷回退； 軟件支持襯圖功能，提高識(shí)別的準(zhǔn)確性和方便性。

(3)手動(dòng)建立

軟件支持純手動(dòng)的數(shù)據(jù)建模，即逐一完成柱、墻、梁、板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置和繪制，形成整層的結(jié)構(gòu)模型。為便于用戶建模，軟件提供豐富的捕捉、定位功能，以及多種視圖控制顯示功能。

3.2 鋁模板排布及編輯

軟件根據(jù)建筑構(gòu)件形體的不同，結(jié)合鋁模板設(shè)計(jì)規(guī)范、模板施工要求和模板材料規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，形成了模板排布的規(guī)則庫。在模板排布設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)三維結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互位置關(guān)系，軟件提供模板自動(dòng)排布、半自動(dòng)排布、手動(dòng)排布等多種模板設(shè)計(jì)方式，以設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念為主導(dǎo)的同時(shí)，也提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

軟件提供豐富的鋁模板編輯功能，包括繪制、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、鏡像、拉伸，拖拽等功能，排布上的模板自動(dòng)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.3 施工模擬展示

軟件可在三維視圖模式下準(zhǔn)確展示出模板的排布情況，配件連接點(diǎn)位置，視圖中可顯示出模板的尺寸規(guī)格，三維視圖是模板設(shè)計(jì)結(jié)果的真實(shí)展現(xiàn)，尤其在復(fù)雜節(jié)點(diǎn)位置，可清晰、準(zhǔn)確模擬出施工效果，為模板施工提供指導(dǎo)。

為便于查看，把模板按類別劃分到不同圖層，可進(jìn)行顏色和顯隱控制。

圖2

3.4 碰漏檢查

鋁模板設(shè)計(jì)排布完成后，對(duì)存在模板重疊和設(shè)計(jì)遺漏的情況，軟件可進(jìn)行三維空間實(shí)體運(yùn)算檢查，檢查后，相應(yīng)位置變?yōu)榫旧?，提醒用戶進(jìn)行修正調(diào)整。

軟件也對(duì)各模板連接情況進(jìn)行準(zhǔn)確性檢查，對(duì)于出現(xiàn)沒有連接、孔位或銑槽沒有準(zhǔn)確對(duì)位的模板進(jìn)行警示色顯示。

3.5 設(shè)計(jì)輸出

本軟件基于AutoCAD圖形平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，因此在設(shè)計(jì)完成后，直接就可以利用AutoCAD提供的圖層控制、線性、比例及布局，打印等多種功能，進(jìn)行施工圖和模板加工圖的打印輸出，無需導(dǎo)出到其它第三方軟件。

軟件提供輸出模板下料清單和模板用量統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能。以列表形式統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前樓層不同分區(qū)的模板用量，內(nèi)容包括模板類別、編號(hào)、數(shù)量，面積等，根據(jù)用戶的需求不同，報(bào)表輸出內(nèi)容及樣式可進(jìn)行定制。

4 關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

(1)構(gòu)建基于BIM技術(shù)的三維建筑數(shù)據(jù)平臺(tái)

模板設(shè)計(jì)施工在建筑工程生命周期中處于中后期，是建筑生命周期中的重要環(huán)節(jié)。因此，軟件必須可接力上游數(shù)據(jù)，并將本身的數(shù)據(jù)信息繼續(xù)向下游傳送，實(shí)現(xiàn)建筑信息數(shù)據(jù)的共享； 其次必須滿足工程出現(xiàn)變更時(shí)，模板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能快速跟隨調(diào)整或可局部重新設(shè)計(jì)。為此，本軟件是基于BIM技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)，三維數(shù)據(jù)模型中可包含多階段的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并可根據(jù)數(shù)據(jù)的增加而進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)建筑生命周期中的數(shù)據(jù)管理和共享。

(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件沾灰面提取

結(jié)構(gòu)構(gòu)件沾灰面即鋁模板與建筑構(gòu)件的貼合面。建筑結(jié)構(gòu)形式、施工規(guī)范和模板施工工藝決定了結(jié)構(gòu)構(gòu)件沾灰面的屬性。在提取沾灰面時(shí)要考慮的因素很多，包括不同類結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的相交扣減、合并關(guān)系； 在構(gòu)件間關(guān)系的基礎(chǔ)上還要考慮施工工藝。本軟件對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件間關(guān)系、施工方案和模板工藝等內(nèi)容整理、并深入研究后，形成了計(jì)算機(jī)可識(shí)別的語言、規(guī)則，目前可準(zhǔn)確提取出構(gòu)件沾灰面，并可統(tǒng)計(jì)出單個(gè)及整層構(gòu)件的周長(zhǎng)、面積等數(shù)據(jù)，并為后續(xù)的模板自動(dòng)排布做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

(3)三維結(jié)構(gòu)模型中的模板排布

鋁模板存在多種類別，包括側(cè)板、底板、轉(zhuǎn)角、撐頭等，模板有單面、雙面、和三面。在模板排布時(shí)，軟件根據(jù)模板類型，可準(zhǔn)確放置到構(gòu)件的相應(yīng)位置。軟件內(nèi)置模板設(shè)計(jì)規(guī)則庫，并提供根據(jù)設(shè)計(jì)師需要，可對(duì)規(guī)則參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，符合規(guī)則庫條件的構(gòu)件可實(shí)現(xiàn)模板自動(dòng)排布。

(4)配模方案準(zhǔn)確性檢查

拼裝后的鋁模板是一個(gè)緊密聯(lián)系的整體，但設(shè)計(jì)完成的模板是否與結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面完全吻合？不同模板彼此連接是否合理？模板間是否存在交疊碰撞和空隙？這些問題中的某一個(gè)問題的存在，將直接影響結(jié)構(gòu)施工。本軟件是基于BIM技術(shù)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件、鋁模板、模板孔洞、連接配件等多種實(shí)體進(jìn)行三維數(shù)據(jù)實(shí)例化，數(shù)據(jù)獨(dú)立建立，通過數(shù)據(jù)平臺(tái)再將各種數(shù)據(jù)有序地聯(lián)系到一起，因此可以實(shí)現(xiàn)鋁模板的模擬施工和碰漏檢查，會(huì)檢查出問題點(diǎn)，提示設(shè)計(jì)師進(jìn)行修正。

(5)基于AutoCAD圖形平臺(tái)的二次開發(fā)研究

本軟件中三維建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，借助AutoCAD軟件二維線條來展示柱、梁、墻、板和模板等建筑實(shí)體，并以符合CAD軟件的習(xí)慣進(jìn)行編輯處理，實(shí)現(xiàn)編輯二維圖素，三維數(shù)據(jù)跟隨改變，不改變現(xiàn)有設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣和操作模式，降低了學(xué)習(xí)和推廣成本。

5 應(yīng)用效果

為了檢測(cè)軟件的應(yīng)用情況，我們?cè)诙鄠€(gè)未借助專業(yè)設(shè)計(jì)軟件、已完成設(shè)計(jì)的鋁模板工程上，運(yùn)用本軟件對(duì)工程重新設(shè)計(jì)，進(jìn)行模擬應(yīng)用。在應(yīng)用過程中，本軟件可準(zhǔn)確地完成復(fù)雜截面構(gòu)件三維建模； 通過軟件的智能模板排布和三維實(shí)時(shí)顯示和檢查功能，可幫助設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確、快速地完成了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部分的模板排布，在輸出加工圖和清單報(bào)表方面，也極大地提高了工作效率； 運(yùn)用碰漏檢查功能，可消除模板碰、漏的錯(cuò)誤； 因此與原始的設(shè)計(jì)方法相比，極大地提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

6 結(jié)束語

軟件采用了許多前沿技術(shù)，很好地解決了模板設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)問題。經(jīng)多個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目使用實(shí)踐證明：該軟件除具有技術(shù)先進(jìn)、使用高效的特點(diǎn)外，還有計(jì)算詳細(xì)準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定、人機(jī)交互性強(qiáng)，用戶界面良好、操作方便及便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。該軟件的成功使用可使設(shè)計(jì)人員擺脫繁復(fù)的重復(fù)勞動(dòng)，把精力和時(shí)間用于更重要的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作中去，以創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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