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摘要：在运用BIM软件进行水工金属结构闸门设计、制图过程中，延用传统拼装设计理念，经常会出现零件在装配时不相匹配；方案变化时难以再对闸门模型尺寸进行小幅调整等问题，给设计人员增加了很大的工作量。目前，在水利水电行业中，BIM软件设计还未广泛运用于实际工程中，基于BIM软件的参数化设计则更是鲜有人为。本文以深圳机场4#调蓄池泵闸站拆除及新建工程中泵站内进、出水口闸门设计为例，采用Inventor软件尝试对其进行参数化设计、装配并绘制施工图。实践证明，利用BIM软件来完成闸门施工图设计不仅可以更直观和方便的体现闸门设计过程，以及避免绘图时的笔误，而且在结合参数化设计的情况下，使闸门设计更高效。
关键词：BIM；水工金属结构；闸门；参数化
伴随着21世纪我国经济和科技的飞速发展，以及数据革命的不断更新，BIM（BuildingInformationModeling）技术成了国内土木工程行业的热门话题。深圳市水务规划设计院经过之前多次项目在BIM软件上的磨合，首次将BIM设计运用到实际工程的全阶段（可研、初设、施工图）设计中，从而使项目工程质量、进度、造价等均得到了有效控制。笔者用BIM软件对水工金属结构设计、出图、交付模式进行了探索，并针对工程具体情况，对水工闸门进行了参数化设计的初步研究。本文就以深圳机场4#调蓄池泵闸站拆除及新建工程中水工金属结构钢闸门施工图设计为例，运用Inventor软件对其进行设计，为日后类似用BIM软件进行水工金属结构的设计提供参考。
1、计算
根据初步设计的条件，对闸门主体框架结构（梁系、面板）进行初步复核。闸门采用潜孔式平面定轮钢闸门，结构形式为四主横梁，主梁截面形式为工字型焊接组合结构。行走支承为简支定轮,侧水封为P型定型橡皮，底水封为刀型定型橡皮，闸门采用下游止水。主轨为焊接组合截面，导向装置为侧向定轮。
2、建模
闸门为潜孔式平面定轮钢闸门，尺寸为6.84×3.245×0.64m（宽×高×厚）。
2.1门叶结构建模
门叶结构基本都是由板组成，在基于自上而下的设计策略下，在Inventor的ipt文件下采用多实体的方式进行建模，并定义材质为Q235B。
2.2简支定轮、悬臂侧轮、充水阀建模
简支定轮、悬臂侧轮、充水阀基本都是由铸造件组成，在常规设计中很少需要调整，因此采用自下而上的设计策略，在Inventor中直接设计零件，在装配成部件，并在设计零件时对不同的零件按照设计要求定义零件材质。
2.3水封、吊耳结构建模
水封结构、吊耳结构相对简单，可直接运用Inventor中的拉伸、扫掠绘出各个零件，并定义水封材料为SF6674、吊耳材质为Q235B。（水封结构也可以依据水闸橡胶密封件GB10706的规格，建立数据库，从而可以直接在资源中心调用。）
2.4整体装配
最后将建好的门叶结构、简支定轮、悬臂侧轮、充水阀、水封结构、吊耳结构统一装配到一起，形成完整的潜孔式平面定轮钢闸门模型。
3、参数化设计
闸门的结构模型确定以后，就可以对零件和部件的相应结构进行参数化设计。目前，参数化设计的过程在国内广泛使用的三维绘图软件中都以基于自下而上的策略居多，先是绘制草图，然后通过实体及特征操作生成三维模型。再通过零件自适应性，达到参数化设计。如，对主梁这个零件来说，在零件建模的时候就要考虑到与边梁支承中心距的自适应性，留出主梁轴向自由度，装配后主梁的长度需要根据支承中心距的大小进行调整。然而，经过笔者这几年的研究及实践操作，发现单一针对主梁结构，自适应性是可以达到参数化设计。可是自适应性太多，又会导致约束不够，反而使得闸门无法根据相关参数达到设计者的要求。此外，自适应性的使用，同时也在一定程度上局限了闸门参数化设计的深度。
在此，笔者根据平面钢闸门的结构特性，基于自上而下的设计策略，在多实体的ipt文件下，运用Inventor自带参数功能，给闸门重新定义参数，并在绘制模型时，充分考虑自适应的要求。如，对刚才说到的主梁零件，则可以在一侧的边梁内侧面直接绘制草图，并运用拉伸功能（到表面或平面），将草图拉升至另外一侧的边梁内侧面上，从而达到支承中心距控制主梁长度的功能。最后在参数中定义主梁的具体位置即可。这样既避免了自适应太多，造成的约束不够或者设计过于复杂，又达到了参数化设计的要求。
4、绘图
在Inventor等三维建模软件中，均可以根据设计表达需要，生成相应的平面视图、剖面视图、侧向视图、局部详图等，并必要的标注及说明，最后导出相对于部件的材料表，放入设计院图框中即可。
5、复核
在模型、图纸做完之后，可对闸门进行具体结构计算复核，对于简单的闸门可以采用平面体系假定和容许应力方法进行分析计算。对于复杂的大型闸门，也可以采用有限元计算。
图1有限元受力分析
6、结语
本文以深圳机场4#调蓄池泵闸站拆除及新建工程中水工金属结构钢闸门施工图设计为例，将BIM技术以及参数化设计引入实际工程设计中，实践表明，BIM软件不仅可以发现闸门空间中存在的错、漏、碰、缺等问题并及时修正，而且同时加入参数化设计，可以节约工程成本；当方案变化时，只需要对模型相关参数进行局部调整，从而使联动的其他模型及图纸自动调整，提高闸门设计效率；同时三维建模也极大的提高了闸门设计的可视化程度，将设计成果更直观展现给业主。也为今后BIM软件进行水工金属结构工程设计提供了参考。
参考文献
[1]徐庆基于INVENTOR的后水封闸门三维参数化设计—陕西水利2012.02.
[2]魏群，刘凤莲，尹伟波基于Inventor平台的平板钢闸门智能系统设计—华北水利水电学院学报2013.03.
[3]刘敦煌Inventor三维设计软件在水利水电工程中的应用—长江科学院院报2012.12.
[4]尹伟波，魏群，姬广坤基于BRep的自动装配技术在Inventor上的实现—华北水利水电学院学报2010.09.
[5]尹伟波，靳丽辉，魏群Inventor平台上平板钢闸门自动出图与尺寸标注—华北水利水电学院学报2013.06.