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關(guān)于曲面幕墻工程三維建模的分析與方法

2013-04-09 15:11:35 作者: 來源: 我要評(píng)論0

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    1. 前言

    隨著國內(nèi)幕墻行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,三維幕墻工程的實(shí)例也越來越多,運(yùn)用三維建模的軟件也是各不相同。筆者就自己使用過的軟件總結(jié)了一些在三維建模中的認(rèn)識(shí)和想法,與大家分享。

    2. 三維建模的整體性

    三維建模是個(gè)整體工程,它反映的不僅僅是一個(gè)簡單的模型與線條,建模時(shí)需要考慮建模本身的可行性,幕墻材料的加工工藝,工藝實(shí)現(xiàn)所需要的時(shí)間周期,工程施工的方便與可行性,因此,在建模過程中需要綜合考慮各方面的因素,追求最適合個(gè)體工程的方案。

    眾所周知,在三維建模中坐標(biāo)及坐標(biāo)的變換是最為重要的,它是三維建模的基礎(chǔ)。在建模初期選擇合適的坐標(biāo)原點(diǎn)將會(huì)在以后一系列的三維操作中帶來極大的方便,一般情況下我們將默認(rèn)的實(shí)際坐標(biāo)作為建模的原點(diǎn),它的優(yōu)勢(shì)是在以后的模型互拷,單元構(gòu)件的插入,測(cè)量放線坐標(biāo)值的定位方面提供公共的基準(zhǔn)點(diǎn)。在建模過程我們需要不斷的變換工作坐標(biāo),定義不同的用戶工作平面,因?yàn)槲覀兊淖鲌D總是在一個(gè)二維平面內(nèi)完成的。

    在二維空間要想復(fù)制構(gòu)件是非常簡單的,然而在一個(gè)三維空間中將構(gòu)件復(fù)制到與其不在平行平面的平面是不容易的,這需要反復(fù)使用UCS命令,首先你需要將坐標(biāo)定義在構(gòu)件所在的平面,按下復(fù)制鍵,然后再將坐標(biāo)定義到目的平面,粘貼后方可實(shí)現(xiàn),當(dāng)然有時(shí)我們需要將構(gòu)件復(fù)制到指定位置,這里就要用到帶基點(diǎn)復(fù)制(Ctrl+shift+C/V),他能保證復(fù)制前后構(gòu)件相對(duì)基點(diǎn)的位置關(guān)系是一致的。

    3. 選擇合適的建模方法

    對(duì)于一個(gè)曲面造型的工程,在建模初期需要對(duì)工程整體進(jìn)行全面分析,選擇合適的建模方法,目前行業(yè)中大多數(shù)人都是采用AUTOCAD進(jìn)行建模,在AUTOCAD工作環(huán)境下,運(yùn)用線來建模是比較頻繁的,其建立的模型是以線模來顯示工程的分格,其建模形式比較單一,在AUTOCAD環(huán)境下是不能進(jìn)行曲面編輯的,布爾運(yùn)算是可以的,但這在很多復(fù)雜的工程的建模中是很難達(dá)到我們預(yù)期的目的的,也會(huì)浪費(fèi)很多的時(shí)間,所以運(yùn)用一款合適的軟件對(duì)復(fù)雜工程進(jìn)行三維建模是必要的,也將給我們節(jié)省大量的時(shí)間。

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    筆者結(jié)合一個(gè)實(shí)際工程介紹犀牛軟件在曲面幕墻工程的建模。澳門科學(xué)館外墻工程(圖1、圖2)的下部為一斜錐體,錐體上部被一斜平面截?cái)啵酌鏋橐?3325mm的標(biāo)準(zhǔn)圓,標(biāo)高為零;頂面也為一標(biāo)準(zhǔn)圓,半徑為16890mm,標(biāo)高為35280mm,母線夾角分別為50°和85°,縱向分格線是將底圓和頂圓180等分后的母線連線,橫向分格為等距離的圓,高度為2520mm和1260mm交錯(cuò)上升,橫豎膠縫22mm,運(yùn)用犀牛軟件對(duì)其建模做底圓面和頂圓面,圓心連線在縱向平面內(nèi)夾角78°,運(yùn)用放樣(loft)選中頂圓和底圓線建模,做出斜錐體,并在上部做一斜面將錐體斜切,運(yùn)用面剪切功能可將斜錐體按斜平面位置切割。將坐標(biāo)定義在底面圓面上,以過圓心投影點(diǎn)的直徑為基線建模,做一寬度大于斜錐寬,高度大于斜錐高的矩形垂直平面,圓形陣列此平面,平面間夾角2°,選中頂面和地面圓及全部垂直平面,做出面交線,運(yùn)用intersect就能得到任何相交曲面的交線,所得交線就是我們幕墻模型中的分格線。然而在實(shí)際工程中,僅僅做出分格線是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,在大多數(shù)情況下,我們希望能在三維模型中能夠完成施工圖的放線及材料的下單任務(wù),因此在三維模型中做出相鄰板塊的分格是非常必要的,對(duì)于曲面模型運(yùn)用AUTOCAD做出分格縫是比較繁瑣的,但運(yùn)用犀牛中的曲面編輯功能,面交線相對(duì)較為簡單,對(duì)于此工程來講,只需要將垂直分格面旋轉(zhuǎn)一定角度,再用旋轉(zhuǎn)后的垂直面與斜錐體做交線就能得到三維分格縫,而且這種建模方式是從工程的整體進(jìn)行建模,從宏觀上把握整體分格效果,避免了許多繁瑣的重復(fù)步驟,為我們建模節(jié)約了大量的時(shí)間。

    4. 建模的關(guān)鍵點(diǎn)

    對(duì)于許多幕墻工程而言,我們最初拿到的圖紙往往是比較粗糙的,許多三維工程最初的模型一般只是工程外裝飾面的模型,而我們的幕墻結(jié)構(gòu)不僅僅如此,在建模時(shí)建出幕墻的龍骨是很必要的。如果裝飾面都是一個(gè)個(gè)平面,其龍骨的建模是比較簡單,如果是個(gè)曲面,我們將如何建模出它的龍骨結(jié)構(gòu)?一般情況下龍骨應(yīng)該是沿曲面法線方向偏移到一定距離的位置,將龍骨設(shè)計(jì)在曲面法線的方向是有眾多優(yōu)勢(shì)的,其距受力面的距離最近,受力方向最有利,而且其因距離短使用的材料也少。在這個(gè)過程中曲面法線的確定是建模的關(guān)鍵點(diǎn),對(duì)于規(guī)則曲面如圓球其法線為曲面點(diǎn)到球心的連線上,方向指向圓心為正,背向則為負(fù),而如果是個(gè)不規(guī)則曲面,其法線如何確定,運(yùn)用CAD似乎很難辦到,用犀牛軟件對(duì)其建模這個(gè)難題便會(huì)很容易。在犀牛軟件里專門為我們提供了一個(gè)曲面法線偏移功能,無論線還是曲面都可以得到其法線方向的物件,當(dāng)然偏移的基礎(chǔ)面必須是曲面。龍骨的細(xì)部結(jié)構(gòu)在此基礎(chǔ)上再去建模就比較容易了。

    5. 曲面建模的優(yōu)化

    曲面建模的優(yōu)化幾乎在每個(gè)工程中都要涉及到,圓弧曲面平面化、不規(guī)則圓弧曲面的標(biāo)準(zhǔn)圓弧化是經(jīng)常使用的方法。對(duì)于一些大半徑的圓弧曲面,由于其弧度較大,在將其分格后,每個(gè)分格單元的拱高比較小,近乎平面,其簡化成平面后整體外觀效果能滿足要求,大多數(shù)情況可以將其簡化,如此產(chǎn)品的加工工藝變得簡單,成本也將大幅降低,縮短了加工周期,尤其是對(duì)于大跨度的空間結(jié)構(gòu),簡化的優(yōu)勢(shì)更加顯著。不規(guī)則圓弧曲面在工程中也是經(jīng)常遇到的,這種模型的出現(xiàn)往往是出于造型的需要,然而在實(shí)際生產(chǎn)制造當(dāng)中其加工工藝是不能實(shí)現(xiàn)的,因此需要將其模擬成可行的標(biāo)準(zhǔn)圓弧或直線,當(dāng)然前提是要滿足功能和外觀的要求。例如可以將一個(gè)分割出的斜錐體單元簡化成上下為標(biāo)準(zhǔn)圓弧徑向?yàn)橹本的標(biāo)準(zhǔn)單元。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的弧形曲面,可以將其簡化成單圓弧曲面或雙曲面,視其效果和建模要求而定。

    在三維建模中我們經(jīng)常會(huì)遇到要將一條直線截?cái)嗯c某一特定的平面相交,在CAD中需要做很多輔助線,包括定義用戶平面、作面垂線,投影線經(jīng)過幾個(gè)繁瑣的步驟得到要求的直線,而在犀牛軟件當(dāng)中我們可以運(yùn)用面線編輯功能(Intersect)就可以得到面線交線,操作很方便、快捷;面和面的編輯功能在這里操作也是比較方便的,例如經(jīng)常用到的面剪切(trim)、面偏移(offsetSrf)、面面交線(Intersect)、面延伸(ExtendSrf)等等,這些都是在三維建模中經(jīng)常用到也是非常實(shí)用的功能,為建模的實(shí)現(xiàn)提供了方便。

    6. 結(jié)束語

    在曲面工程的三維建模中,運(yùn)用簡單的線編輯功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足建模需要的,建模過程中曲面編輯功能,曲面與線的編輯功能,線與線的編輯功能以及實(shí)體編輯功能是非常必要的。隨著我國幕墻行業(yè)的日趨成熟以及人們對(duì)建筑美學(xué)的不斷追求,社會(huì)對(duì)幕墻行業(yè)提出了更高的要求,曲面工程也將越來越多,曲面工程的建模也會(huì)越趨復(fù)雜。筆者將自身的建模經(jīng)驗(yàn)與同行業(yè)和建模愛好者分享,希望大家共同進(jìn)步。   文/王斌
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