1、Inventor 技术在超大沉箱建模中的应用摘要：本文以国内最大沉箱大连南部滨海大道工程一标段锚碇沉箱为素材，阐述了 Inventor 技术在大沉箱建模，包括沉箱预制过程中模板设计及沉箱标识、吃水线设计中的应用，旨在介绍三维设计软件在超大沉箱施工过程中的运用，并加以拓展、推广和使用。 关键词：Inventor 技术、超大沉箱、吃水线、模板设计 Inventor technique in large caisson modeling application Wangxiaoshu，You jin （No.3 Eng. Co. Ltd. of CCCC-First Harbour Eng. Co.
2、 Ltd.，Dalian，Liaoning116083，China） Abstract：In this paper the largest caisson - Dalian southern coastal road engineering construction anchorage caisson for the material, elaborated the Inventor technique in large caisson modeling, including caisson caisson of template design and logo, waterline desi
3、gn application, designed to introduce 3D design software in large caisson construction process in the use, and to be development, promotion and use of. Key words：Inventor technology, large caisson, waterline, template design 中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号： 1 概述 Inventor 是美国 Autodesk 公司推出的基于特征的参数化三维设计软件，其
4、强大的三维造型可从外形、尺寸、颜色各个方面给人以真实的感觉，实现设计的可视化，同时 inventor 设计软件在表达构件外观、复杂实体上有着不可比拟的优越性，给人以立体的概念和更广阔的思维空间。Inventor 技术的优越性在大沉箱建模及大沉箱模板设计、标识、吃水线设计等中得到充分利用。 2 Inventor 辅助沉箱建模 2.1 Inventor 绘制大沉箱结构图 利用 inventor 拉伸、阵列等功能，快速绘制沉箱立体图。 2.1.1 创建草图，拉伸沉箱实体 新建草图，绘制沉箱沉箱底面草图并标注尺寸，成草图，选择拉伸特征，单击确定。见图 2-1 图 2-1 2.1.2 拉伸草图与仓格内加
5、强角倒角 在拉伸后实体顶面右键新建草图，绘制 1 个沉箱仓格平面尺寸后拉伸（沉箱底板厚度为 1m，拉伸距离为 16m） ，拉伸选择差集，见图 2-2。拉伸后，对沉箱舱格内部竖向及底板交线进行倒角，选择过度选项，沉箱加强角尺寸 250mm250mm，选择倒角距离为 250mm，同时选中舱格四角及底板交线，单击确定，见图 2-3。 2.1.3 阵列拉伸及倒角特征 在零件特征面板上选择矩形阵列，在矩形阵列对话框中选择特征，将上一步舱格拉伸及倒角特征选中后进行阵列。阵列方向分别为沉箱长边及短边方向，沉箱单个舱格尺寸为 42604040mm，内隔墙宽度为300mm，因此列间距及行间距分别为 4560mm
6、、4340mm，如图 2-4。单击确定完成阵列特征创建，如图 2-5。 图 2-4 图 2-5 2.1.4 拉伸沉箱内舱格下卧区并绘制沉箱大趾 绘制沉箱下卧区及大趾同样采用拉伸功能，首先选取沉箱顶面平面建立草图，将被拉伸位置草图按照设计尺寸标注好后，向下拉伸 3m，见图 2-6。 沉箱大趾沿沉箱底边连续布满，对于沿着固定轨迹有相同截面形状的对象，Inventor 提供了“扫掠”工具用来完成此特征的创建，扫掠功能通过沿一条平面路径移动草图截面轮廓来创建特征。选择沉箱底边作为平面路径，绘制大趾草图作为截面轮廓，进行扫掠，见图 2-7。扫掠完成后即得到图 1-1 中超大沉箱整体结构建模。 图 2-6
7、 图 2-7 2.2 Inventor 绘制大沉箱底板 超大沉箱底板为大体积混凝土，沉箱底板分 2 块浇筑，第一块和第二块在平面上关于原点对称，两块之间设 1.5m 宽后浇带，阶梯形布置。由于底板形状不规则，在模板支立及混凝土浇筑过程中，混凝土表面积及浇筑方量等施工参数计算繁琐，采用 Inventor 建模绘制沉箱底板分块，可准确、快速计算。 2.2.1 底板及后浇带绘制 超大沉箱底板绘制同样采用拉伸功能（拉伸功能使用参见 2.1） ，将2.6m 以上部分采用差集方式拉伸掉后，在底板上新建草图并按照后浇带阶梯型绘制新草图，绘制完成后结合差集及交集拉伸方式拉伸，可得到底板分块图及后浇带图。见图
8、2-8 及图 2-9。 图 2-8 图 2-9 2.2.2 底板混凝土方量查询 Inventor 提供的查询物理特性，可方便查询模型物理参数。获得底板特征可通过选择菜单文件中“iproperties”选项来实现。如图 2-10，可看出 Inventor 已经分析出了底板的质量、体积、重心及惯性矩信息等，方便分析和计算。 3 Inventor 绘制沉箱外片模板图 在 inventor 结构生成器的支持下，模板设计应从骨架模型开始，并将其放在一个装配中。骨架模型可以用来确定插入的结构成员的位置和初始长度，可以用装配中的多个骨架模型创建结构成员，并且可以在骨架模型之间创建结构件成员。当编辑参考骨架模
9、型时，会自动更新结构件成员。 3.1 模板桁架绘制 首先绘制出桁架草图作为骨架模型，利用 inventor 提供的“结构生成器”在骨架上放置结构件，并对各个接头处进行端部处理。 3.1.1 创建新零件 按照图 3-1 所示尺寸绘制草图，保存为“桁架轮廓线.IPT”,然后单击工具栏中文档设置对话框 BOM 表选项卡中，将 BOM 表结构设置为虚构件。 3.1.2 新建装配 在工具面板中点击“插入”工具，保存文件后，弹出插入对话框。设置结构成员的各个参调入零件“桁架轮廓线.IPT” ，从部件环境切换到“结构生成器”环境，数和方向，然后在“桁架轮廓线.IPT”的草图线上放置结构件，参见如图 3-2。
10、 图 3-1 桁架轮廓线图 3-2 结构件选择 3.1.3 修剪桁架 “选择修剪延伸到面”工具，分别用桁架两个外弦杆内表面修剪内部腹杆，并设置间隙为 1mm，参见图 3-3，修剪完成结果见图 3-4。 图 3-3 桁架修剪图 图 3-4 结果模型 3.2 面板绘制 面板绘制较为简单，可先在拉伸的面板上新建肋板分布草图，以草图为轮廓线通过“结构生成器”环境放置肋板结构件（纵横向角钢及扁铁） 。也可采用阵列功能将肋板结构件按固定间距在部件环境下组合。面板绘制图见图 3-5 及图 3-6。 图 3-5 面板绘制图图 3-6 面板细部图 3.3 模板装配 新建部件，单击“装入零部件”调入已绘制完成的面
11、板及桁架，在装配选项中选择“约束”,在“方式”中选择“配合”或“表面齐平”方式对面板及桁架进行组合，组合完成后使用 “阵列”功能阵列桁架，组合后效果图见图 3-6 及图 3-7。 图 3-6 装配后效果图 图 3-7 装配后细部图 3.4 工程图创建 三维图绘制完成后，通过 inventor 提供的二维工程图功能，可实现平面、立面及剖面图的生成，而且可以做到二维与三维的关联更新。 3.4.1 基础视图 新建工程图，创建基础视图，在文件栏中打开上一步绘制好的模板装配图，在比例选项栏中，选择合适比例，在方向栏中，分别选择前视图、左视图、俯视图，如图 3-8。 图 3-8 基础视图创建 3.4.2
12、尺寸标注 单击标题栏中标注，在“尺寸样式”中定义尺寸外观，选择标注中通用尺寸对工程图进行标注。参见图 3-9。 图 3-9 尺寸标注 4 Inventor 辅助大沉箱吃水线外观设计 4.1 吃水线外观设计 虽然吃水线外形设计完成，但具体尺寸大小及在整个沉箱面应占多大比例难以确定。为确保喷涂后整体美观，利用 inventor 中尺寸表达式，不断修改尺寸线长度大小，直至比例适合，美观为止。 4.1.1 绘制草图并标注尺寸 Inventor 中尺寸和图形是“关联”的，当改变尺寸数值后，尺寸会驱动图形变化。若吃水线比例大小不合适，可随时修改尺寸，驱动吃水线长度及位置大小。在已绘制好的沉箱侧面新建草图，
13、绘制好 1m 高吃水线并拉伸草图，拉伸距离为 1mm。草图绘制见图 4-1。 图 4-1 吃水线草图 4.1.2 阵列吃水线 将上一步骤拉伸草图设为可见，沿路径矩形阵列该特征。阵列方向选择如图 4-2 中所示方向，完成全部吃水线轮廓绘制。选中阵列后区域，右键选择特性，将颜色选为红色，见图 4-3。 图 4-2 沿路径阵列 图 4-3 吃水线创建 4.1.3 确定比例 吃水线绘制完成后，不断调整草图尺寸大小，右键草图选项，选择编辑草图，对草图尺寸做适当修改，直到最终确定最佳比例大小为止。效果图见图 4-4。 图 4-4 调整草图尺寸后比选 4.1.4 确定尺寸线模板 根据上一步骤选定的最佳比例，
14、选取草图尺寸，最终确定喷涂模板。喷涂模板图见图 4-5。 图 4-5 吃水线尺寸图 4.1.5 喷涂位置确定 喷涂位置选择沉箱长边两侧及拖环处，便于沉箱起浮、拖运、安装时，时刻观察吃水深度及拖环在水中落浮差。大沉箱吃水为 8.2 米，因此吃水线起点自沉箱底面 8 米处开始至沉箱顶部 17m 位置，主拖环处吃水线喷涂为 810 米。大沉箱吃水线在大沉箱起浮、拖运过程中起到了重要的施工参照作用，做到了准确、醒目、美观。实际效果见图 4-6 照片。图 4-6 吃水线实际喷涂后照片 5 结语 利用 inventor 三维技术广阔的视觉空间效果对大沉箱进行建模，不但在外观上使得构筑物清晰可见，同时方便获
15、得施工参数，便于施工。在大沉箱模板设计中，利用 inventor 绘制沉箱模板图，使得模板图绘制快捷、简单，修改方便。同时在设计过程中可实现模板拼装组合，能够及时发现纰漏，并及时处理，避免造成施工时不必要的工序和模板制作成本。大沉箱尺寸超常规，标识及吃水线喷涂所在面面积大，无具体实体可参照，对大沉箱标识及吃水线喷涂后外观进行观察、推敲和修改设计，可从中选择比较合理、美观的设计方案。 在大沉箱施工过程中，inventor 在工程量计算、浮游稳定性验算、螺栓强度验算等方面也得到了应用。伴随三维技术的不断推广使用，三维技术建模在施工中的应用也将更加广泛。参考文献： 1inventor 中文版机械设计高级应用实例，机械工业出版社
