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异形空间钢结构的深化设计方法项目研究的背景 1.1 工程概况
主站房东西长413m，南北宽208m，建筑高度43.6m。主站房包含9m候车厅层，以及局部3.4m及15m夹层，18.8m地铁4、6号线平台框架层多个层次。南北向基本柱距27m，东西向基本柱距27~43m不等。
9m框架层以上局部抽柱后，屋面桁架跨度南北向最大为81m，东西向最大为86m。东广场屋盖悬挑63m，西广场悬挑22.7m。
63m
21m
1.2 同类技术研究现状
目前，进行空间钢管桁架结构的深化设计主要采用XSTEEL和AUTOCAD两种软件。
XSTEEL以其全程的自动出图功能为大多数详图公司所采用，能有效减少人工绘图易出现的问题。但由于软件接口的原因，XSTEEL中的模型不方便提供给钢管加工设备——三维数控管相贯线切割机的软件进行切管程序的编译，往往需要重新在AUTOCAD中重新调整模型，再提供给切管机的软件使用。另外，XSTEEL中的模型也不能用于导入常用的有限元软件（如SAP2000，MIDAS）进行施工阶段的模拟分析，而施工阶段的模拟分析是空间结构深化和施工中必不可少的一部分。
AUTOCAD具备与其他相关软件的接口，在CAD中建立的模型，方便导入其他软件进行下一步工作的验算。但利用CAD进行深化设计中存在建模效率较低，杆件编号需人工完成等问题，大量人工操作易出现难以发现的问题，会增加校对的工作量。
另外，有些大型工程的深化设计开始寻求程序化的方法，通过与专业软件公司合作，针对项目的特点，制定专属项目的软件工具，能大大提高深化设计的效率与质量。但这种专业软件的开发，成本颇高，开发出的工具，针对性过强，不便于推广应用。1.3 研究的必要性
本工程工期要求很紧张，工程处于边出图边加工边安装的状态。由于现场场地条件的限制，安装构件的顺序经常发生变化，这就要求，可以根据需要随时完成指定部分的图纸深化。
XSTEEL的优势在于，模型完成后可以完成后期整体编号，在整体模型或局部模型没有完成的情况下抽取其中一部分，对后期模型的编号处理困难。AUTOCAD可以随意取出任何一部分模型，完成所需的深化任务，但面对近2万根杆件的深化工作量，人工完成所需的时间将相当惊人。
由于本工程大跨度，大悬挑的结构型式，施工阶段的模拟分析必须进行，拟采用SAP2000进行此模拟分析；另外加工厂所用的数控管相贯线切割机，其辅助编程系统是基于AUTOCAD软件的；再加上模型分区随时可能发生变化这些因素，使用AUTOCAD进行深化更符合要求。
要按期完成深化设计，必须提高和改善CAD现有的出图功能，寻求专业软件公司的合作，成本过高，且时间受限，故考虑自主开发，本研究项目势在必行。主要研究目的、内容和技术路线 2.1 项目研究目的本项目研究的目的是通过CAD的二次开发，提高和改善CAD现有的出图功能，加快深化设计进度，减少重复操作的工程量，减小人工绘图易产生的难以发现的问题，确保本工程屋盖钢桁架的深化设计进度。
2.2 项目研究内容 此项目研究主要有两大内容：
1、实体建模功能的增强，实现建模的程序化，批量化。
2、出图功能的增强，实现出图的程序化，2.3 项目研究的技术路线
本项目研究的技术路线是：一方面利用Autodesk提供的二次开发接口ObjectARX和VC++作为工具，在普通PC机硬件平台上开发此工具。另一方面利用AutoCAD内部嵌套的AutoLISP语言进行编程，开发出本项目所需的制图程序。3 关键技术及创新点 3.1 关键技术 3.1.1 实体建模技术
空间结构深化设计图纸前期的重点工作就是建立实体模型，此项技术重在解决工程前期准备工作时间过长，后续工作不便开展等问题。同时，也为节点的有限元分析提供实体计算模型。
1、自动批量拉伸实体模型；
2、自动拉伸锥管；
3、批量处理相贯节点。3.1.2 自动统计功能
材料采购是深化设计的重要环节，由于材料采购的周期较长，材料的备料需先于图纸，这就对材料的统计工作提出了要求，此项技术重在解决前期材料备料单的制作及后期各分段分区实际重量的统计工作，为施工机械的选择提供数据基础。
1、备料单：选择构件自动生成备料单；
2、统计重量：选择构件自动统计构件重量；
3、统计线条长度：选择各种类型线条，自动分类计算总长。3.1.3 绘图
深化图纸的绘制，是整个深化设计中，占用人力和时间最多的环节，图纸的质量也会影响到工程各个环节、各个部门的工作质量和工作效率。此项技术重在减少人工操作的环节，对可以批量或流水生成的数据文件或图形，采用程序化的工具来实现，减少绘图人员的投入，确保出图时间和出图质量。
1、自动编号：设置编号前缀和步长，实现编号自动递增；
2、自动生成坐标表：选择模型自动生成节点编号和坐标表，编号按x坐标值递增；
3、自动生成材料表：选择带截面图层线条自动生成材料表；
4、自动标注板件：选择板件轮廓线自动生成标注。3.2 创新点
将计算机技术与工程技术相结合，通过程序软件体现具体工作流程，并批量实现，提供了跨专业、跨行业相互促进的新思路。
1、自动拉伸锥管和批量处理相贯节点程序，使得锥管的拉伸和相贯节点的处理变得简单快速，节省大量手工操作工作，大大提高了建模的速度和准确性；
2、自动生成备料单程序，实现分别统计各种不同规格型钢的重量和表面积，将备料过程化繁为简；
3、自动生成坐标表和自动生成材料表程序，大大提高了制作坐标表和材料表的效率；
4、自动标注板件程序，简化了板件的放样过程，大大提高了绘图效率。
4、项目研究成果
深圳北站结构较复杂，杆件多，建模和出图的工作量都很大，要提高出图效率和质量，就必须实现建模和出图的自动化或半自动化。
课题组对以下几个方面进行深入研究：（1）利用单线条模型自动生成材料统计表；（含line、pline、arc、spline等属性线条均可，加入重复线条的判断）（2）单线条模型批量生成指定截面的实体模型；（3）实体模型的批量编辑；（4）指定区域的实体重量及表面积统计表；（5）指定区域生成坐标表；（6）自动标注；（7）杆件自动编号并生成杆件材料表；(8)自动绘制板件大样图；（9）为方便操作，定制菜单；（10）对于输入选项较多的命令，定制对话框。4.1 利用单线条模型自动生成材料统计表
单线条自动生成材料表的前提是：每根单线条均处于对应截面的图层中，图层名含截面规格尺寸，比如代表直径711mm，壁厚20mm圆钢管的单线条，其所属图层的图层名中必须含“711”和“20”两个数字字符，字符间需有可识别的符号分隔开来。其他字符的设定，依程序中的具体规定执行。本项目的实施中，均以“D711X20”的格式定义图层名。4.1.1 重复线条的判定 通过对线条起始点空间坐标的判定，按长度排序，以最长线条为基准，其余线条依次与其比对，若参与比对的线条两点坐标位于基准线长度范围内，视为线条重复，删除参与比对和线条，依次类推，至所有线条比对完成。4.1.2 线条属性的读取 4.1.3 线条长度的分层累加
4.1.4 自动绘制材料表并填写各层名及累加长度到指定位置。
4.2 单线条模型批量生成指定截面的实体模型 4.2.1 圆锥管的实体生成 4.2.2 圆钢管的实体生成 4.2.3 各种截面形式的实体生成 4.3 实体模型的批量编辑 4.3.1 批量处理相贯节点的编辑
4.4 指定区域的实体重量及表面积统计表 4.4.1 杆件重量统计表 4.4.2 杆件表面积统计表 4.5 指定区域生成坐标表 4.6 自动标注 4.6.1自动标注板件
如下对话框输入相关参数可自动生成弯管标注，如下弯管放样图；
弯管放样对话框
弯管放样图
4.7杆件自动编号并生成杆件材料表 4.7.1 杆件按指定前缀自动生成流水编号 4.7.2 生成对应编号的杆件材料表 4.8 自动绘制板件大样图 4.9 为方便操作，定制菜单
4.10 对于输入选项较多的命令，定制对话框
5、研究成果推广应用
本课题通过对CAD制图软件功能的强化和补充，在CAD绘图界面的基础上，定制“深圳北站深化设计”专用菜单，只需简单的介绍和演示，各绘图人员就能完全掌握使用方法。建模模块可通用于各种结构的实体建模，对今后各种工程均提供了方便实用的工具，对提高工作效率，增强工作质量均有良好的促进作用。
6、研究成果结论
本研究成果针对空间圆管桁架的深化设计，结合本工程实际，开发出了便于实体建模，自动统计材料，自动编号等便于钢结构深化图纸绘制的工具。为本工程的深化工作节省了大量的人力，保证了深化图纸按期准确的完成。同时，也为同类工程积累了经验，并留下了自主开发的方便使用的软件工具。
7、参考文献
