本文對鋼結構、Ｔｅｋｌａ及建筑工業(yè)化廠商對于Ｔｅｋｌａ的開發(fā)和應用情況進行了簡要介紹，并對三維軟件與二維軟件在鋼結構深化設計中的使用現(xiàn)狀進行了分析。
鋼結構類型
根據(jù)日本鋼結構協(xié)會編寫的《鋼結構技術總覽》一書，鋼結構主體結構分為四類：
多高層建筑
包含：框架結構，支撐結構、框架－支撐結構，筒體結構，巨型結構。
小規(guī)模空間結構
主要指桁架結構。
空間結構－組合張拉結構
包含：空間網(wǎng)格，拱、穹頂，索結構、膜結構，雜交張拉結構。
體系化建筑
包含：樓房型體系化建筑，金屬框架系統(tǒng)建筑（即國內門式鋼架系統(tǒng)），體系化桁架（即國內的網(wǎng)架結構、網(wǎng)殼結構），預制住宅，鋼龍骨結構房屋。
我國鋼結構主要用于工業(yè)建筑，如工業(yè)廠房，火電站，煉鋼廠，焦化廠，化工廠等。工業(yè)建筑都是服務于其特定生產工藝的，雖然這些建筑主要分為門式鋼架結構，框架－支撐結構和塔架結構，但不同類型的建筑結構復雜度差別較大。這主要體現(xiàn)在構件截面尺寸多樣及節(jié)點形式復雜多樣。
這些年我國鋼結構在民用建筑中的應用有所增加，尤其是醫(yī)院、學校、商場、寫字樓等多層、高層、超高層建筑。我國民用鋼結構正在朝著與日本相似的方向發(fā)展。
鋼結構深化設計與制作
鋼結構深化設計是把設計院的結構施工圖轉化為制作加工圖的一項工作。
鋼結構制作全過程見下圖。紅框加工圖即為深化設計的主要輸出成果。
加工圖按照內容主要分為三類。
一般圖：平面圖，立面圖，預埋件圖等。
標準圖：節(jié)點標準圖，焊接標準圖，各種附屬金屬件的配置、標準圖等。
詳圖：柱，大梁，小梁，間柱，支撐及其他構件的詳圖。
國內鋼結構深化設計與日本大體相似，但輸出資料有諸多不同。
例如：國內一般只制作詳圖和平、立面圖。連接標準圖及焊接標準圖等標準圖則直接使用設計院的結構圖，并結合標準圖集。這樣的好處是減少了深化設計的工作量，缺點是缺乏對節(jié)點及焊接的進一步優(yōu)化，相應的工作量轉而由加工制作單位自行消化。
例如：國內詳圖會在圖紙中表達零件圖及材料清單，這一點與歐美類似，而日本鋼結構詳圖則不包含此項內容。材料清單以單獨的文件形式提供。零件圖在放樣圖階段提供。
與加工圖密切相關的還有三項工作內容：備料表，放樣圖，套料資料。
備料即材料清單，以單獨的文件形式提供。其內容不但包括零件編號、構件編號、材質，截面等基本信息，還包括裝配位置、焊接類型、焊縫長度、孔等更為詳細的信息。
與國內詳圖不同，日本的詳圖并不直接用于制作，只是用于表達和確認最終成果物。在詳圖的基礎上會結合工藝進一步制作成放樣圖，用于加工制作。
套料資料包含相應的圖紙和表格。套料是將項目中用到的板材、型材等零件進行組合，提高下料工作中原材料的利用率，減少損耗。
鋼結構加工廠生產線與設備
鋼結構加工相關設備主要有焊接設備，切割設備，矯正設備，除銹設備，鉆孔設備，坡口加工設備等。
除復雜節(jié)點部位和超厚板需要人工焊接以外，其他焊接均使用半自動焊接及自動焊接設備。
Ｔｅｋｌａ公司
１９６６年Ｔｅｋｎｉｌｌｉｎｅｎ ｌａｓｋｅｎｔａ公司成立，起初承接自動數(shù)據(jù)處理，咨詢，開發(fā)，工程運算等業(yè)務。
１９８０年Ｔｅｋｎｉｌｌｉｎｅｎ ｌａｓｋｅｎｔａ公司更名為Ｔｅｋｌａ。
１９９０年Ｔｅｋｌａ推出用于工程運算規(guī)劃軟件產品，稱為“Ｘ”產品系列。該系列產品最初為用于道路設計的Ｘｒｏａｄ及城市設計的Ｘｃｉｔｙ。
１９９３年Ｔｅｋｌａ推出鋼結構設計軟件Ｘｓｔｅｅｌ。該軟件經(jīng)過不斷技術積累與改良，在２００４年更名為Ｔｅｋｌａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（以下簡稱ＴＳ）。新版本軟件擴展了功能，支持鋼結構與混凝土結構的深化設計。可以說，早在Ａｕｔｏｄｅｓｋ收購Ｒｅｖｉｔ并在２００２年開始推廣ＢＩＭ概念之前，ＴＳ及其早期版本Ｘｓｔｅｅｌ就已按照ＢＩＭ概念進行設計。
２０１１年美國Ｔｒｉｍｂｌｅ公司收購了Ｔｅｋｌａ公司，并在２０１２年從ＡｃｅＣａｄ公司收購了幾乎與ＴＳ齊名的ＳｔｒｕＣａｄ軟件業(yè)務。ＳｔｒｕＣａｄ軟件中的部分功能被整合到ＴＳ中，ＳｔｒｕＣａｄ不再推出后續(xù)版本。從此，Ｔｅｋｌａ在鋼結構深化設計領域稱雄。
相關資訊
Ｔｅｋｌａ在２０００年左右進入中國市場，并于２００４年開始在廣東和上海流行。盜版軟件的存在和使用加速了這一流行趨勢。至２００７年，幾乎上海所有的鋼結構深化設計公司都已使用Ｔｅｋｌａ進行工作。２０１０年上海世博會，大量的鋼結構場館都使用Ｔｅｋｌａ進行深化設計。
Ｔｅｋｌａ公司軟件產品
ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
為任何可能的結構創(chuàng)建精確、易于施工的模型。
ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎｅｒ
使工程師可以經(jīng)濟高效地分析和設計建筑。
ＴｅｋｌａＴｅｄｄｓ
自動執(zhí)行重復的結構計算。
ＴｅｋｌａＢＩＭｓｉｇｈｔ
是一個免費的施工項目協(xié)作專業(yè)工具，任何人都可以用它來組合模型、檢查沖突和共享信息。該軟件類似于輕量化模型工具。
ＴｅｋｌａＦｉｅｌｄ３Ｄ
是一個易于使用的 ３Ｄ 工具，它可在移動設備上使用建筑信息模型。
ＴｅｋｌａＣｉｖｉｌ
是一個基于模型的綜合性解決方案，可以滿足大型土木工程設計需要。
Ｔｅｋｌａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ＴＳ用三維的方式解決了二維工作難題。
二維工作方式的兩個難題。
一是工程師能力約束。無論是使用繪圖板還是ＣＡＤ軟件，工作方式并未發(fā)生本質改變，依然是以人腦輸出圖紙的方式工作，這使得深化設計對工程師的要求較高。工程師不但要有一定的鋼結構背景知識，還要有較好的空間想象和空間思維能力，否則難以保證工作成果的正確性。
二是圖紙關聯(lián)性約束。雖然在ＣＡＤ軟件的幫助下可以大幅度提高繪圖效率，但是依然無法解決圖紙關聯(lián)性問題。例如平面圖，立面圖，剖面圖需要分別繪制。如果一處內容發(fā)生修改，則需要分別修改平面、立面和剖面圖。
ＴＳ三維模型提供了新的工作方式。
有了一個直觀可見的三維模型后，工程師的大腦得到了一定程度的解放，深化設計工作不再依賴于空間想象和空間思維能力。三維模型使得構件碰撞問題得以解決，工作成果的正確性得到了極大的保障。
引入三維模型后，三維模型成為了各種圖紙的關聯(lián)源頭，圖紙只是三維模型的二維表達。平面、立面、剖面圖可以自動根據(jù)模型創(chuàng)建，且如果模型發(fā)生了修改，圖紙也會自動更新。圖面中的很多內容都支持模板定制，實現(xiàn)所需表達效果。
費時耗力的節(jié)點
鋼結構深化設計中最為費時耗力的就是節(jié)點。
節(jié)點主要分為焊接節(jié)點、螺栓節(jié)點和栓焊組合節(jié)點。焊接節(jié)點主要使用在工廠，螺栓節(jié)點在現(xiàn)場使用。節(jié)點形式復雜多樣，同類型的節(jié)點因截面大小又有不同的變化。例如焊接節(jié)點因要保證強度，所以對節(jié)點板尺寸、厚度、材質和焊接長度有要求，此二項會隨構件截面而變化。螺栓節(jié)點因要保證強度，所以對節(jié)點板尺寸、厚度、材質和螺栓排布有要求。
在二維工作方式下，需要根據(jù)不同構件截面尺寸繪制節(jié)點。若同規(guī)格構件的布置有多種角度變化（例如支撐），則需要針對不同角度的構件逐一繪制節(jié)點，極其耗時。
ＴＳ豐富的節(jié)點庫進一步強化了三維模型工作方式。
隨著節(jié)點庫的不斷完善，ＴＳ的三維模型工作方式為鋼結構深化設計帶來了前所未有的效率改變。不但提高了節(jié)點的布置效率，還使復雜節(jié)點的處理變得簡單、準確、可靠。
ＴＳ中的節(jié)點通過參數(shù)的方式進行配置，且支持用戶自定義節(jié)點。節(jié)點會根據(jù)參數(shù)自動調整相關零件的長度與形狀。
下圖右側為ＴＳ中的節(jié)點庫。
ＴＳ的報告功能讓材料清單自動生成
在二維工作方式下，材料清單是在人們制作完詳圖后，根據(jù)詳圖中的零件規(guī)格、材質和數(shù)量手工制作的。
ＴＳ的報告功能使得材料清單可以隨時創(chuàng)建，并且可以根據(jù)需求自定義報告模板。
ＴＳ的自動編號功能為模型提供了強大的編號支持
無論是報告還是圖紙，都需要表達構件、零件編號。ＴＳ擁有強大的自動編號功能，能根據(jù)材質、尺寸規(guī)格、剪切處理等情況識別零件是否相同，并根據(jù)用戶設置或自動分配流水編號。
ＴＳ的多用戶功能可以實現(xiàn)多人協(xié)同建模
在多用戶模式下，ＴＳ允許網(wǎng)絡內的多人協(xié)同建模，更新后可看到最新的模型狀態(tài)。原理與ＳＶＮ版本控制系統(tǒng)類似。
以上各功能在ＴＳ的早期版本（２００４年及之前）就已實現(xiàn)，且快速、穩(wěn)定、可靠。
至此，ＴＳ已經(jīng)提供了鋼結構深化設計及材料清單所需的一切功能。
２００７年，ＴＳ發(fā)布了１３．０版本。該版本的一個重要特征是開放了ＡＰＩ。雖然該版本的ＡＰＩ開放程度有限，但已涵蓋了軟件大部分主要功能，具有重大意義。
ＡＰＩ的開放使得用戶可以更加自由靈活地使用Ｔｅｋｌａ模型中的數(shù)據(jù)，并結合自身業(yè)務進行深度開發(fā)。這使得ＴＳ成為了企業(yè)可以依托的數(shù)據(jù)生產平臺。
相關資訊
Ｒｅｖｉｔ被收購之前，前東家Ｒｅｖｉｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ計劃提供完整的解決方案，提供設計人員所需要的全部功能。這個想法針對美國或局部地區(qū)是可以的，但是如何兼顧全球的市場，卻非一個公司所達到。Ａｕｔｏｄｅｓｋ已有多年的全球實踐和戰(zhàn)略，深知ＡＰＩ的重要性，唯有ＡＰＩ 能實現(xiàn)全球不同的標準和需要。所以Ａｕｔｏｄｅｓｋ收購Ｒｅｖｉｔ后在２００５年推出了Ｒｅｖｉｔ８．０ ，并開始提供ＡＰＩ。
ＦＩＣＥＰ集團及其成員公司Ｓｔｅｅｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ
ＦＩＣＥＰ公司是鋼結構二次加工生產線技術的行業(yè)領導者，于１９８８年成功安裝了第一條自動化生產線。其成員公司Ｓｔｅｅｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ專注于加工技術軟件研發(fā)，并推出了鋼結構加工管理軟件ＰＬＭ。Ｔｅｋｌａ開放ＡＰＩ后，ＰＬＭ結合Ｔｅｋｌａ軟件進行了深度開發(fā)，實現(xiàn)Ｔｅｋｌａ模型無縫導入，并通過ＦＩＣＥＰ自動化的物流系統(tǒng)及數(shù)控機床實現(xiàn)高效加工。極大地減少了鋼結構加工的人工工作。
ＨＧＧ公司將Ｔｅｋｌａ模型與自研設備對接
荷蘭ＨＧＧ公司是３Ｄ剖面切割領域的先驅，向用戶提供切割設備與服務。
其他Ｔｅｋｌａ用戶案例
關于三維模型的應用
Ｃｌａｒｋ Ｐａｃｉｆｉｃ公司使用Ｔｅｋｌａ來贏得商業(yè)機會并讓投標更準確。首先通過創(chuàng)建一個項目的概念模型，這個模型由一個個的預制構件構成。然后運行一系列報告，可以直接由Ｔｅｋｌａ模型生成Ｅｘｃｅｌ報告。估算員會編制一份匯總報告并加入成本元素。Ｔｅｋｌａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ能快速創(chuàng)建一個建筑的概念模型，可以利用可視化的、基于模型的方式來展示和進行進一步精準的算量，從而贏得客戶的信任。
ＣｌａｒｋＰａｃｉｆｉｃ公司是美國一流的建筑和結構預制混凝土設計－建造商。從１９６３年起， Ｃｌａｒｋ Ｐａｃｉｆｉｃ公司已經(jīng)伴隨著西海岸的發(fā)展完成了２５００多個項目。
關于報告功能的應用
Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ集團使用Ｔｅｋｌａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ創(chuàng)建生產圖紙以及零件和項目級物料清單（ＢＯＭ）。該團隊從Ｔｅｋｌａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ運行報告，然后通過自動化流程將它們加載到ＳＡＰ公司的ＥＲＰ系統(tǒng)中。借助ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ 集團的ＢＯＭ更準確，從而使公司有更多時間購買和準備供應品。
Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ是一家擁有近５０年預制混凝土結構的家族企業(yè)，是美國建筑和結構預制的主要生產商。
關于模型數(shù)據(jù)應用
ＭｉｄｌａｎｄＳｔｅｅｌ公司利用生產軟件管理鋼筋制造中的“彎曲和切斷”。由于Ｔｅｋｌａ提供了把準確的模型數(shù)據(jù)與不同行業(yè)軟件鏈接的解決方案，Ｍｉｄｌａｎｄ Ｓｔｅｅｌ可以直接把可建造的模型的數(shù)據(jù)發(fā)送到生產線上，并能通過模型生成進度時間表。
ＭｉｄｌａｎｄＳｔｅｅｌ 是英國和愛爾蘭增長最快的鋼筋制造商，提供了多種不同的鋼筋產品及配件，包括切割和彎曲的鋼筋，標準和特殊的構造和預制鋼筋籠。
結語
類是面向對象語言的程序設計中的概念，是面向對象編程的基礎。類是對現(xiàn)實生活中一類具有共同特征的事物的抽象。與二維線條不同，三維實體就具有類的概念，因此很適合表達現(xiàn)實世界中的建筑對象。面向對象編程的流行驗證了面向對象思想更易于開展工作。ＢＩＭ軟件的流行也驗證了三維的優(yōu)勢。
本文對鋼結構，Ｔｅｋｌａ及建筑工業(yè)化廠商對于Ｔｅｋｌａ的開發(fā)和應用進行了簡要介紹。從案例來看，三維軟件似乎已全面取代了二維軟件，事實是否如此？
我們再來看一下鋼結構深化設計中的三維軟件與二維軟件使用現(xiàn)狀。
對于復雜度不高的鋼結構深化項目，僅需使用ＴＳ而無需使用二維ＣＡＤ軟件便可完成工作。但對于復雜的大型項目則不一定。這不但與項目復雜度相關，也與各國鋼結構發(fā)展程度和規(guī)范化程度密切相關。
在國內，因為詳圖規(guī)范化程度不高，所以為各種軟件創(chuàng)造了機會。只要軟件能幫助用戶快速、準確地完成工作，就會得到用戶的認可。所以Ｔｅｋｌａ在中國市場快速發(fā)展并取得了成功。對比之下，日本鋼結構已發(fā)展成熟，規(guī)范化程度很高。二維ＣＡＤ時代所形成的表達風格已經(jīng)成為行業(yè)標準，這對ＢＩＭ軟件在圖紙的本地化上變成了一種束縛。這也是Ｔｅｋｌａ用了二十多年才慢慢打開日本鋼結構市場的根本原因。雖然Ｔｅｋｌａ在技術上有很強的優(yōu)勢，但面對要求繁雜的各種圖面表達，Ｔｅｋｌａ也只能慢慢完善其圖紙功能。因此，在日本大型鋼結構項目中，雖然模型是可以完全依賴三維軟件而創(chuàng)建，但圖紙還是無法脫離對二維ＣＡＤ軟件的依賴。
此外，建模時間成本也是影響全面三維化的一個關鍵因素。日本鋼結構有完善的施工用的配套附屬零件，而這些零件都是需要在詳圖中進行表達的。如果對所有這些零件都進行建模，則需要耗費大量的時間且意義不大，因為用二維ＣＡＤ軟件可以又快又好地完成這項工作。
面對激烈的市場競爭和緊張的工期，深化設計工作也逐漸以“迭代”方式開展。先利用三維ＢＩＭ軟件的優(yōu)勢快速、準確地生成一般圖與主結構詳圖，經(jīng)各方確認后先開展主結構的下料加工，然后在此期間，利用二維ＣＡＤ軟件完善詳圖中配套附屬零件的繪制工作。
由此可見，在未來相當長的一段時間，依然會是三維結合二維，而不是取代二維。
下圖為日本某大型民用鋼結構建筑中的主梁。
