Параметрический подход к проектированию витражей в T-FLEX CAD 3D

Павел Перфильев

Автор этой публикации уже давно и весьма успешно использует систему параметрического проектирования T-FLEX CAD 3D от российской компании «Топ Системы» для решения задач, связанных с проектированием объектов промышленной энергетики, причем как при разработке технологической части проекта, так и при выпуске проектной документации на различные металлоконструкции. Выработаны определенные приемы моделирования, позволяющие заметно сократить сроки выпуска проектной документации. Опыт работы с T-FLEX CAD позволил справиться с интересной и сложной задачей проектирования конструкций алюминиевого витража, выполненной автором впервые по заказу одной из организаций, занимающейся проектированием и изготовлением подобных конструкций. С помощью одной из довольно распространенных систем автоматизированного проектирования конструкторы этой фирмы разрабатывали документацию на относительно несложные конструкции витражей, но в новой конструкции необходимо было переходить от плоского моделирования к объемному, а используемая CAD-система не обеспечивала эффективного решения поставленной задачи. Поэтому  было принято решение выполнить проект с применением системы параметрического моделирования T-FLEX CAD 3D.

Рис. 1. Общий вид витража В-4

Рис. 2. Исполнительные размеры бетонных (слева) и стальных (справа) конструкций здания

Заказчиком была поставлена задача разработать проектную документацию на алюминиевый витраж В-4 западной пристройки центрального универмага г.Северодвинска. Конструкция витража (рис. 1) представляла собой вертикальную часть в виде цилиндрической поверхности с примыкающими плоскими стенками и наклонную часть в виде усеченного конуса и примыкающих двух наклонных плоскостей. По передней части витраж перекрывал два этажа пристройки, а по бокам — только второй этаж. Особенностью данной работы являлось требование разместить конструкцию на существующий бетонный парапет с привязкой к изготовленным и смонтированным металлоконструкциям здания. Проведенные измерения парапета и металлоконструкций (рис. 2) показали значительные отклонения исполнительных размеров строительных конструкций от проектных значений, что необходимо было учесть при разработке рабочей документации на конструкции витража. Другой особенностью проекта было то, что пристройка к универмагу возводилась на базе существующих конструкций, где имелись тепловые деформационные швы. С учетом этих факторов конструкция витража была разбита на  секторы, различающиеся угловой величиной и высотой вертикального остекления. В итоге получилось девять типоразмеров секторов (рис. 3).

Для витража в соответствии с заданием следовало использовать систему архитектурных строительных профилей Veritum F60.

Рис. 3. Схема размещения угловых секторов витража

Первым этапом работы над проектом было формирование библиотек параметрических фрагментов. Сначала была создана библиотека 2D-моделей профилей, а впоследствии фрагменты этой библиотеки использовались как при построении 3D-моделей элементов алюминиевых конструкций, так и при прорисовке типовых узлов витражей. При разработке библиотеки профилей чертежи формата Autocad импортировались в формат T-FLEX CAD и применялись для получения параметрических моделей сечений профилей. Поскольку система профилей для каждого элемента (стойка, ригель, прогон и т.п.) предполагает наличие нескольких типоразмеров, отличающихся  друг от друга всего двумя-тремя размерами, параметрический подход позволяет быстро сформировать необходимый набор фрагментов. В данной задаче этого не требовалось, так как номенклатура используемых профилей была заранее определена на основе проведенных расчетов конструкции, но позже выполненная параметризация сечений пригодилась, когда снова потребовалось разработать документацию на другую витражную конструкцию, где тоже применялись профили системы Veritum F60, но других размеров.

Важным этапом в проектировании подобных конструкций является подготовка параметрических фрагментов 3D-моделей деталей витража (стоек, прогонов, ригелей и т.п.). А поскольку автор имел достаточный опыт в проектировании стальных конструкций, причем были отработаны разные подходы к методам создания сборочных моделей, то в данном случае в качестве главного был использован метод построения сборочной модели на основе планировок — один из самых эффективных, по мнению автора, для подобных конструкций. Вставка фрагментов в сборочную модель осуществляется на активной рабочей плоскости с использованием узлов привязки, которые позволяют достаточно просто и быстро задать расположение элементов модели на плане простым указанием характерных точек на схеме витража. При этом линейные и угловые размеры элементов в плане легко рассчитываются с помощью редактора переменных на основе координат точек привязки, а размеры деталей в других плоскостях (по высоте и в поперечном направлении) задаются через переменные. На рис. 4а представлен пример фрагмента ригеля, вставляемого в сборочную модель по трем узлам: первый узел определяет центр дуги, остальные — положение ригеля на дуге. Сечения стоек показаны условно. На рис. 4б показан пример сборки 2D-модели. Количество используемых узлов привязки — от двух (прогоны и ригели на плоских участках) до четырех (стойки и стропила:  два узла определяют положение на плане, а два — направления примыкаемых прогонов и ригелей).

Рис. 4. Фрагмент «Ригель» (а) и пример сборочной 2D-модели с использованием фрагмента «Ригель»(б)

В конструкции витража довольно много элементов, которые, имея одинаковые размеры (либо меняющиеся пропорционально координатам), находятся на разных отметках (ригели, планки и крышки ригельные). Для подобных элементов конструкции создавались комплексные фрагменты, то есть один фрагмент сразу включал необходимое количество деталей, размещенных нужным образом по высоте, как это показано на рис. 4а. Такой подход позволяет существенно сократить временные затраты  на построение сборочной модели. В качестве примера на рис. 5 показана модель тестовой сборки углового сектора, где использованы всего пять фрагментов, из которых только один («Рама Р-3_модель») является сборочной единицей (состоящей из других фрагментов), а остальные — это комплексные фрагменты, в которых отдельные детали моделируются только операциями твердотельного моделирования. При создании фрагментов некоторые мелкие элементы, такие как уплотнения, крепеж и т.п., не моделировались, но обязательно включались в данные для спецификации фрагмента. В каждом фрагменте были получены необходимые проекции и оформлены рабочие чертежи отдельных деталей. Также были подготовлены данные для спецификации (рис. 6).

Рис. 5. Тестовая сборочная модель сектора витража

Рис. 6. Пример полностью подготовленного фрагмента «Ригель»

Когда вся подготовительная работа по созданию библиотек фрагментов была завершена, мы построили контрольные сборочные модели отдельных угловых секторов, на которых еще раз была проверена работоспособность всех фрагментов. Для этого с модели были получены необходимые проекции и разрезы. В целях проверки правильности выполнения всех пазов под сопрягаемые детали использовалась имеющаяся в программе функция проверки пересечения твердых тел (рис. 7). Затем была построена сборочная модель витража.

Рис. 7. Проверка пересечений фрагментов в сборочной модели

Рабочие чертежи на отдельные детали и узлы витража были получены путем операции деталирования соответствующих фрагментов сборки. Поскольку фрагменты уже имели подготовленные чертежи, то времени на получение комплекта чертежей всех деталей витража потребовалось не слишком много. Весь комплект рабочих чертежей более чем из 100 листов со всем оформлением был получен в течение двух дней. Некоторые чертежи представлены на рис. 8.

Рис. 8. Примеры проектной документации: сборочный чертеж витража (а), рабочий чертеж стропильного профиля (б), рабочий чертеж стоечного профиля (в), рабочий чертеж прогона (г)

Для выпуска рабочих чертежей на стеклопакеты был использован иной подход. Непосредственно со сборочной модели на чертеже схемы размещения стеклопакетов были построены проекции стеклопакетов, располагающихся по угловым секторам. Направление проецирования для каждого стеклопакета определялось перпендикулярно его плоскости, что позволило получить форму в плане для каждого стеклопакета. Для стеклопакетов прямоугольной формы размеры рассчитывались автоматически и записывались в спецификации. В результате была получена необходимая документация для заказа и изготовления стеклопакетов (рис. 9).

Рис. 9. Схема расположения стеклопакетов

На основе выполненной проектной документации в цехе были изготовлены конструкции витража, заказаны стеклопакеты. В настоящее время все элементы витража уже смонтированы на месте (рис. 10).

Рис. 10. Фотографии готовой конструкции

***

Использование системы параметрического проектирования T-FLEX CAD позволило успешно решить задачу по разработке проектной документации на довольно сложные конструкции алюминиевого витража. Разработанные библиотеки параметрических фрагментов, в том числе типовых деталей витражей, помогли обеспечить минимальные сроки проектирования. Подход на основе трехмерного твердотельного моделирования позволил получить рабочие чертежи деталей с точностью, достаточной для сборки витража без дополнительных подгоночных операций. В результате был получен не только комплект рабочей документации на изготовление конструкций витража, но и готовая к использованию библиотека типовых деталей алюминиевых конструкций. При проектировании аналогичных конструкций наличие готовой библиотеки позволяет заметно сократить сроки проектных работ в будущем.

САПР и графика 3`2006