中煤天津 | Y-GAMA通杀输煤栈桥建模设计绘图一条龙

当下，随着 “中国制造2025” 概念的提出，全球制造业正在经历一次前所未有的变革，智能制造和数字化转型已成为当今全球制造业的主流趋势，整个制造业都在朝着智数化方向大踏步发展。

中煤天津设计公司积极响应国家政策，大力推进智能制造和数字化转型。认真贯彻落实习近平总书记“四个革命、一个合作”能源安全新战略。

因此，天津设计公司承揽了大量电厂、选煤厂项目，输煤栈桥占比很大。面对设计周期短、经济性要求高、方案调整频繁的困局。如何助力公司发展乃至于助推行业发展呢？这时候就需要依靠Y-GAMA的强大参数化能力了。

本次以新疆某电厂长距离输煤系统作为案例进行案例分享。

40km输送线，约有近5km架空段，共计100余种不同跨度、宽度架空栈桥。栈桥均采用双角钢构件钢桁架结构，全部100种钢桁架设计不到60天。

该怎么解决呢？需要分三步走。

1）空间几何模型的建立

在实现参数化建模的路径上，首先是创建一个原点，再由这个原点在X-Z轴平面上通过数学表达式创建向量关系，逐步拓展为二维桁架的线模型。完成单榀桁架的创建后，再进行Y轴上的偏移创建第2榀桁架模型，在将相关联的对应构件连接，形成上&下弦横梁，此时就完成了大部分构件空间几何模型的创建。

拓展为三维空间模型

对于上下弦支撑，分别对X支撑和“米字”撑进行建模，再利用数学筛选方法通过简单的按钮实现两种支撑形式模型的切换与实时生成，为便于设计人员确定合理的支撑形式，也进行了角度实时测量并提示采取何种支撑形式的提示功能制作。

支撑创建&筛选模块及生成的几何模型

2）结构模型的属性赋予以及荷载分发布置

相比其他采用Rhino内置Grasshopper的参数化建模方式，本次采用的Y-GAMA路径能够在完成几何模型构建后较为轻松的为其赋予结构属性，例如钢结构杆件截面、杆端约束、长细比限值等。甚至于因为YJK主程序对于空间结构的单向导荷功能支持的并不好，也可以在Y-GAMA中自己进行荷载的计算、分发与布置，从而实现单向导荷的效果。

单向导荷分配算法模块（局部）及生成荷载效果

对于赋予结构属性时，主要采用1对1匹配，嵌入结构属性卡片的方式进行，因此就对于前期几何模型的构建有着较高的逻辑统一要求。例如，批量捕捉两侧桁架中间区斜腹杆时，就需要筛选统一服从于某一几何逻辑的线条，将其定义为中间区斜腹杆并匹配属性，如果此时有某一中间区斜腹杆的几何模型构建逻辑与其他的不统一，或端区斜腹杆并未与中间区斜腹杆做几何模型逻辑区分，就会导致属性赋予时出现较大难题。

数学模型颠倒起点终点对于结构模型的影响

除此之外，上下弦杆件空间属性的定义，腹杆的定义，桁架内主要杆件受拉、受压工况长细比限值的定义，桁架平面外杆件长细比限值的定义，都是需要密切注意的内容，在Y-GAMA中采用特殊构件定义功能，充分解决了这一关键步骤，进一步减少了设计师的工作量，也避免了项目设计周期紧张时可能遗忘这些较为“隐蔽”参数的可能性。

特殊属性定义模块（局部）及生成模型前处理效果

参数化建模部分包含Python卡片在内的近7000张功能卡片。

上为传统画法，下为参数化画法

1）节点设计及表达方式的确定

在实现参数化节点设计的路径上，首先需要确定用什么为控制因素进行节点设计，是采用应力还是一定比例（应力比）的等强内力，节点表示是全桁架实型画图还是进行节点拆解，绘制节点详图（节点表示法）。

传统二维建模计算时采用的是全桁架实型画图，绘图周期过长，一旦出现弦杆调整几乎全部节点图都需要重新绘制，出现同类节点时难以复用需要重复绘制。受钢框架、门式刚架等钢结构设计图绘制时可以采用节点索引图搭配节点详图的启发，参数化设计采用节点索引图搭配节点表的表示法。

2）节点设计参数引入程序并分发

因为Y-GAMA平台拥有和外部程序的数据交互功能，首先想到的路径就是在Excel中预处理好一些栈桥节点的关键控制参数，然后读入Y-GAMA平台，再通过卡片组合进行数据分发。在这一阶段通过Excel中简单的函数完成了节点设计参数设定表，又通过数学逻辑上的参数排列、提取、筛选等功能完成了关键控制参数的读入、筛分与分发。

节点参数设定表局部（上）

3）节点参数化设计与输出节点索引表

当采用双角钢形式栈桥时。节点主要采用一块节点板两侧焊接角钢，又因为栈桥本身属于桁架，针对每一根杆件的受力特点较为简单，因此实际节点设计时可以根据杆件应力比折算等强内力，该力由角钢的肢背与肢尖两侧焊缝承担。

在实际工程中为便于计算，近似的取肢背与肢尖承担荷载比例为0.7:0.3。该部分荷载拆分与焊缝长度内容在Excel进行预处理，并传入Y-GAMA可以进一步简化工作量。

之后借助参数化需要实现的就是把节点的关键数据模仿人工画图的方式按照一定逻辑绘制出来。

十类节点以及参数化绘制效果（局部）

在完成节点的绘制后同样是需要模仿人类设计师对于节点关键信息，进行提炼，将这一部分数据通过多种卡片完成测量，最终输出到一个统一的表格中。最后节点设计的成果是作为一张表格进行呈现的。

在实际工程中，因为需要将表格导入CAD，还要摆放到节点列表法图纸的对应部分，甚至于之前参数化建模的几何平面模型也是需要从计算程序里提取再粘贴进CAD的，这些工作还是相当浪费时间，因此团队决定直接在Y-GAMA实现栈桥几何模型、节点法索引表一键导入CAD，甚至直接要把节点索引表对其图框内正确位置进行写入。

对于栈桥的上下弦平面布置图也是可以通过几何空间内的旋转、投影、偏移等操作将其“拍扁”到X-Y平面上，从而实现对CAD端的数据写入。

其中比较关键的内容一个是借助Y-GAMA平台和CAD平台的API接口通过各种卡片和代码实现数据的双向传输和参数化指令到cad中线型、线宽、颜色、字体、字高、字宽的转换；另一个关键点就是读取我司标准图框后进行拆解，获取节点表需要对正位置的坐标信息，在进行参数化平台内数据的重新定位与写出。