杨鹏敏 刚芹果

0 引言

随着国民经济的蓬勃发展,各类工程建设项目规模日益扩大,同时适应工程实际需要的各种新型的结构形式也如雨后春笋般应运而生,网格结构就是其中之一。近年来,网格结构不断发展,施工过程中对技术要求也不断提高,与此同时其直观表现也越来越受重视,施工过程分析已成为结构工程设计的一个重要组成部分,接着也便有了虚拟技术,它能够将整个施工过程直观地呈现出来,使人们更清楚地了解建筑的构造及其建造过程。对于虚拟技术涉及的模拟软件,有人应用Adams进行施工过程模拟,并演示出一定的动画效果,而在本文中应用的是3DSMAX,它是一款功能很强的随意性很高的制图软件,在生成建筑效果图以及制作建筑动画上更方便、更专业,所以本文采用3DSMAX进行施工过程模拟,直观地展现了网格结构的建造过程。

1 施工模拟过程

虚拟施工技术是通过应用虚拟现实、计算机仿真等技术对实际施工过程进行计算机模拟和分析,达到对施工过程的事前控制和动态管理,以优化施工方案和风险控制,本文中将网格结构施工过程应用3DSMAX进行了模拟,通过动画模拟的形式,展现了网格结构的建造过程。

具体的动画模拟过程就要依据网格结构的安装方案。网格结构的安装方法很多,一般分为高空离散法、整体吊装法、高空滑移法等。其中高空离散法包括:全支架法、悬挑法,悬挑法又包含内悬挑和外悬挑两种。

施工过程模拟的具体实现过程:首先要对网格结构建造过程进行了解,熟悉其安装方案,即建造过程、杆件的安装、施工顺序;再利用软件对各构件建模,进行整个构造的绘制;建模完成后,按施工搭建顺序对构件依次进行分组,并对其进行动画播放设置;最后,进行动画渲染,模拟过程完成。

2 算例模拟

本文中以某体育馆顶部双层网壳结构为例,进行了施工过程模拟,采用的施工方法是内悬挑。所遇问题及处理:由于本算例中环向杆件的布置在整体上不是简单的递进规律,所以在此杆件由手工依次绘制,未进行脚本编程,并且由于手工绘制量大,所以对内层几圈进行了建模,达到演示效果的目的;在建模过程中,主要是杆件空间位置的控制,位置相似的杆件可通过阵列得到;在动画制作过程中,需将杆件按照建造施工前后顺序进行安排,即模拟网壳施工建造的过程、经过几次的方法查找及尝试,最终通过杆件的显隐性的设定得以解决。以下为具体制作过程。

2.1 网壳绘制

绘制单层:1)确定网壳每圈连接点的位置;2)绘制一个点(即一个相应直径的圆球),再阵列出一圈;3)绘制该圈连接点的杆,阵列出该圈杆;4)每绘制一圈,接着绘制圈与圈间连杆,所处位置相同的杆阵列,跟每根相同的有五根,即六根相同,绘制一根可阵列共六根相同的。绘制过程中将每圈编组,以便于隐藏后绘制其他圈杆件。

绘制时,注意Z轴位置,圈与圈不在同一平面上,绘制几圈后整体编组,以便于隐藏后绘制第二层(见图1)。

第一层绘制完成后,隐藏第一层,以同样的方法绘制、编组第二层,第二层要注意Z轴位置。绘制完后显示第一层(见图2)。

将上、下对应圈位置的杆件组依次隐藏显示,方便绘制层与层间连接杆。通过坐标确定杆件位置,再进行手工旋转达到合适位置。注意相同位置的杆件阵列,同样也为六根相同(见图3,图4)。

2.2 建造过程的动画制作

将网壳杆件全部解组,然后按照动画建造过程需要,依次对杆件按块成组,共85组,图5为第1组。

全部编组完成后,全部选中,右击,对象属性,在弹出的对象属性窗口中,渲染控制中将可见性设为0,确定。打开时间配置,调节每秒播放帧数为12帧,共设置 360帧,播放时间为30 s。在以后动画制作时,将设置为每4帧出现1组杆件,每秒播放3组杆件。打开曲线编辑器,依次设置各组可见性,如第1组,在第3帧时,可见性小于0,在第4帧时,可见性大于1。第2组,在第7帧时,可见性小于0,在第8帧时,可见性大于1,依次类推,第85组,在第339帧时,可见性小于0,在第340帧时,可见性大于 1。这样动画制作完成。动画播放过程中的几张图片见图5～图11。

3 结语

本文以某网壳结构的施工过程模拟为例,使人们能够更直观地了解网格结构建造搭接过程及其外观细节。模拟施工动画可以使复杂的施工场景直接呈现出来,使整个施工过程可视化,提前为施工方案的制定提供参考,优化施工。通过本文,使人们更加了解网格结构,了解其施工过程,同时为网格结构施工方案的确定,以及施工方案的优化、改进在一定程度上提供参考。

[1]黄心渊.3DSMAX高级编程:使用脚本制作动画[M].北京:清华大学出版社,2004.

[2]罗永峰.建筑钢结构施工力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[3]李 旭.水工结构工程与三维可视化技术[J].山西建筑,2009,35(1):367-368.

[4]JGJ 7-91,网架结构设计与施工规范[S].