鄧軒 張景明 李鵬飛 中民筑友智能裝備科技有限公司

一、問題的提出

混凝土預(yù)制構(gòu)件（以下簡稱PC 構(gòu)件）屬于裝配式建筑三大體系之一的混凝土裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系。近幾年裝配式建筑體系發(fā)展快，PC 構(gòu)件的生產(chǎn)過程是通過PC 模具成型完成的，PC 模具是實現(xiàn)PC 構(gòu)件工廠化和標準化的重要生產(chǎn)裝備。但由于PC 構(gòu)件設(shè)計非標，導(dǎo)致模具標準化程度低、通用性差。

為適應(yīng)客戶差異化需求，導(dǎo)致每套PC構(gòu)件模具均為非標定制。從而使得PC 構(gòu)件模具設(shè)計任務(wù)量大、設(shè)計時間緊、差錯率高、生產(chǎn)制作周期短、交期緊等。如何實現(xiàn)PC 構(gòu)件模具快速化設(shè)計及其出圖的問題，是目前亟待解決的問題。

通過數(shù)字化PC 模具庫的開發(fā)，可以實現(xiàn)PC 構(gòu)件和PC 模具快速化設(shè)計。

二、數(shù)字化PC 模具庫的開發(fā)

根據(jù)PC 構(gòu)件特征和對應(yīng)PC 模具結(jié)構(gòu)，建立參數(shù)化驅(qū)動的PC 構(gòu)件模型庫，并采用“自上而下”“自下而上”相結(jié)合的參數(shù)化PC 模具庫，通過統(tǒng)一設(shè)計平臺的二次開發(fā)和配置，修改構(gòu)件尺寸驅(qū)動構(gòu)件模具的自動設(shè)計，實現(xiàn)快速生成模具的三維設(shè)計及工程圖出圖。

（一）軟件平臺

基于機械行業(yè)廣泛采用的三維軟件SOLIDWORKS，統(tǒng)一設(shè)計平臺的配置和二次開發(fā)。

（二）統(tǒng)一PC 模具設(shè)計標準規(guī)范

數(shù)字化開發(fā)應(yīng)用的前提是要有一套標準的PC 模具設(shè)計規(guī)范。分析同類型構(gòu)件共性特征，整合模具設(shè)計形式，實現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)形式少類型、模塊化。并對不同模具設(shè)計方案、加工工藝、尺寸要求等進行統(tǒng)一。

（三）開發(fā)數(shù)字化模具庫

數(shù)字化模具庫包括PC 構(gòu)件庫、模具模型庫、模具材質(zhì)庫、焊接結(jié)構(gòu)件庫以及工程圖模板庫，形成通用化、標準件庫。

1. PC 構(gòu)件庫的開發(fā)

根據(jù)裝配式建筑構(gòu)件類型，分析各類構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件出筋預(yù)埋特征，為整合、統(tǒng)一構(gòu)件的三維創(chuàng)建模式提供依據(jù)，開發(fā)構(gòu)件庫?；竞w裝配式建筑常用類型構(gòu)件。開發(fā)完成的構(gòu)件庫添加到SOLIDWORKS 作為外部獨立數(shù)據(jù)庫。以便模具設(shè)計時隨時調(diào)用，如圖1 所示。

2.模具模型庫的開發(fā)

基于構(gòu)件類型，分析各類構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件出筋預(yù)埋特征，開發(fā)通用性模具庫，主要包括構(gòu)件模具庫模板、工裝預(yù)埋件庫、基礎(chǔ)邊模庫、門窗類模具庫。

試驗地位于西遼河平原內(nèi)蒙古民族大學農(nóng)牧業(yè)科技示范園區(qū)。試驗地區(qū)為典型的溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫6.4℃，極端最低溫-30.9℃，≥10℃積溫3 184℃，無霜期150 d，年均降水量399.1 mm，生長季(4～9月)降水量占全年的89%。土壤為風沙土，土壤有機質(zhì)含量4.86 g/kg，速效鉀94.65 mg/kg，速效磷10.46 mg/kg，堿解氮11.15 mg/kg，pH為8.2。具有噴灌條件，干旱時灌水，各處理每次灌水時間相等。

模具庫模板包含裝配式建筑現(xiàn)有的常用構(gòu)建類型的模具。采用“自上而下”“自下而上”相結(jié)合的方式，通過修改構(gòu)件尺寸驅(qū)動模具尺寸的變化；標準化設(shè)計預(yù)埋工裝的外形結(jié)構(gòu)，通過方程式驅(qū)動滿足不同設(shè)計要求；基礎(chǔ)邊摸庫是將常用類型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)進行統(tǒng)計分析，實現(xiàn)最少類型，最大通用化。開發(fā)完成的模具庫添加到SOLIDWORKS 作為外部獨立數(shù)據(jù)庫，如圖2 所示。

3.開發(fā)模具材質(zhì)庫和焊接結(jié)構(gòu)件庫

機械設(shè)計涉及材料眾多，設(shè)計者思路及要求各不相同，導(dǎo)致模具制作過程中結(jié)構(gòu)形式多樣、材料采購周期長、浪費性大、可替換性差等問題，也是造成模具設(shè)計制作成本高的因素之一。開發(fā)模具材料庫，實現(xiàn)模具設(shè)計的通用性、模塊化。

圖1 PC 構(gòu)件庫及其創(chuàng)建流程圖

圖2 模具庫及其創(chuàng)建流程圖

4.開發(fā)工程圖模板庫

開發(fā)零件材質(zhì)庫、結(jié)構(gòu)件庫、注解庫、技術(shù)要求庫等數(shù)字化庫；自動關(guān)聯(lián)工程圖符號、工程圖模板、簽名等功能；自動更新生產(chǎn)相應(yīng)工程圖的標注、圖號、BOM 等；實現(xiàn)了工程制圖的高度標準化，大幅度提高出圖效率，降低出錯率。

四、數(shù)字化PC 模具庫的應(yīng)用

數(shù)字化的核心思想就是用數(shù)字化手段來處理具體目標，最大限度地利用資源，是以機械行業(yè)CAD/CAM 軟件為基礎(chǔ)作為建筑行業(yè)模具設(shè)計工具，支持設(shè)計師的高效工作。數(shù)字化模型的多變性及開放性，將不同的組合模式完成千變?nèi)f化的設(shè)計目標。

（一）PC 構(gòu)件庫的應(yīng)用

根據(jù)建筑設(shè)計院PC 構(gòu)件圖紙，分析構(gòu)件總體結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建常用構(gòu)件庫，選擇合適數(shù)字化模具模板。

（二）數(shù)字化模具庫的應(yīng)用

整體調(diào)用PC 構(gòu)件成套模具，PC 構(gòu)件創(chuàng)建完成后，其模具對應(yīng)的關(guān)聯(lián)參數(shù)也自動完成了調(diào)整，接下來對模具各部套及零件進行細化完善修改。

1.“自下而上”創(chuàng)建方式應(yīng)用

“自下而上”方式是指通過修改基礎(chǔ)邊模來適應(yīng)構(gòu)件的外形結(jié)構(gòu)的模具設(shè)計方式?！白韵露稀狈绞皆O(shè)計的模具構(gòu)件類型主要是墻板類、陽臺和梁柱。

圖3 模具設(shè)計應(yīng)用案例

應(yīng)用過程是整體調(diào)用PC 構(gòu)件成套模具后，修改PC 構(gòu)件方程式總表完成構(gòu)件建模；然后根據(jù)報錯提示單獨修改基礎(chǔ)邊摸即可完成主體設(shè)計；最后安裝工裝預(yù)埋件，批量完成標準件規(guī)格替換即完成模具三維設(shè)計。圖3（a）展示了T 型墻板模具設(shè)計應(yīng)用案例。

2.“自上而下”創(chuàng)建方式應(yīng)用

“自上而下”方式是指通過修改構(gòu)件方程式總表內(nèi)的參數(shù)驅(qū)動模具參數(shù)的自動調(diào)整，完整模具的基本創(chuàng)建。采用“自上而下”創(chuàng)建方式設(shè)計的模具構(gòu)件典型類型是樓梯。

應(yīng)用過程是整體調(diào)用PC 構(gòu)件成套模具，“自上而下”的方式創(chuàng)建完成后，根據(jù)報錯局部修改即可完成主體設(shè)計；然后調(diào)用工裝預(yù)埋件，批量替換標準件；模具三維創(chuàng)建全部完成。圖3（b）展示了樓梯模具設(shè)計應(yīng)用案例。

3.工程圖模板庫應(yīng)用

數(shù)字化模具庫內(nèi)整體調(diào)用的成套模具包括模具三維及其工程圖。模具三維創(chuàng)建完成后，所有零部件的工程圖也同時在后臺處理完成；僅需調(diào)用后局部檢查核對報錯信息，對其修改即可完成工程圖出圖；最后，根據(jù)需要導(dǎo)出所需格式的文件即完成了模具設(shè)計全部工作。

五、應(yīng)用效果

通過數(shù)字化PC 模具庫的開發(fā)，實現(xiàn)了PC 構(gòu)件和PC 模具快速化設(shè)計，并實現(xiàn)了設(shè)計風格、出圖形式、命名規(guī)則、同類型模具結(jié)構(gòu)及其方案的統(tǒng)一，大幅提高了設(shè)計出圖效率、質(zhì)量。

設(shè)計效率由原來平均5 天/套/人縮短至2.5 天/套/人，按每個工廠年模具設(shè)計套數(shù)200 套計算，每個工廠年節(jié)省500 天設(shè)計工時，年節(jié)省設(shè)計人工費用30 萬；10 個工廠計算，年節(jié)省設(shè)計人工費300 萬元；由于高度的標準化和程序的自動關(guān)聯(lián)性，可有效提升設(shè)計質(zhì)量，降低設(shè)計錯誤；另外，通過設(shè)計平臺積累PC 模具設(shè)計知識，提高設(shè)計經(jīng)驗的傳承性，保證項目團隊人員靈活調(diào)配及快速擴展。

數(shù)字化模具庫的開發(fā)不僅可以讓模具設(shè)計多元化，更可以實現(xiàn)功能統(tǒng)計，可以通過數(shù)字化技術(shù)細化、量化構(gòu)件和模具結(jié)構(gòu)，將所有細節(jié)展現(xiàn)出來，為研究發(fā)展綠色建筑提供數(shù)據(jù)支持。