本文對鋼結(jié)構(gòu)、Ｔｅｋｌａ及建筑工業(yè)化廠商對于Ｔｅｋｌａ的開發(fā)和應(yīng)用情況進行了簡要介紹，并對三維軟件與二維軟件在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的使用現(xiàn)狀進行了分析。
鋼結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)日本鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會編寫的《鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)總覽》一書，鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)分為四類：
多高層建筑
包含：框架結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)、框架－支撐結(jié)構(gòu)，筒體結(jié)構(gòu)，巨型結(jié)構(gòu)。
小規(guī)模空間結(jié)構(gòu)
主要指桁架結(jié)構(gòu)。
空間結(jié)構(gòu)－組合張拉結(jié)構(gòu)
包含：空間網(wǎng)格，拱、穹頂，索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)，雜交張拉結(jié)構(gòu)。
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(nèi)門式鋼架系統(tǒng)），體系化桁架（即國內(nèi)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)），預(yù)制住宅，鋼龍骨結(jié)構(gòu)房屋。
我國鋼結(jié)構(gòu)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(wù)于其特定生產(chǎn)工藝的，雖然這些建筑主要分為門式鋼架結(jié)構(gòu)，框架－支撐結(jié)構(gòu)和塔架結(jié)構(gòu)，但不同類型的建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜度差別較大。這主要體現(xiàn)在構(gòu)件截面尺寸多樣及節(jié)點形式復(fù)雜多樣。
這些年我國鋼結(jié)構(gòu)在民用建筑中的應(yīng)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(jié)構(gòu)正在朝著與日本相似的方向發(fā)展。
鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與制作
鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計是把設(shè)計院的結(jié)構(gòu)施工圖轉(zhuǎn)化為制作加工圖的一項工作。
鋼結(jié)構(gòu)制作全過程見下圖。紅框加工圖即為深化設(shè)計的主要輸出成果。
加工圖按照內(nèi)容主要分為三類。
一般圖：平面圖，立面圖，預(yù)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(gòu)件的詳圖。
國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計與日本大體相似，但輸出資料有諸多不同。
例如：國內(nèi)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(shè)計院的結(jié)構(gòu)圖，并結(jié)合標準圖集。這樣的好處是減少了深化設(shè)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(yīng)的工作量轉(zhuǎn)而由加工制作單位自行消化。
例如：國內(nèi)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(jié)構(gòu)詳圖則不包含此項內(nèi)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(guān)的還有三項工作內(nèi)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(nèi)容不但包括零件編號、構(gòu)件編號、材質(zhì)，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(nèi)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(chǔ)上會結(jié)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(yīng)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(jié)構(gòu)加工廠生產(chǎn)線與設(shè)備
鋼結(jié)構(gòu)加工相關(guān)設(shè)備主要有焊接設(shè)備，切割設(shè)備，矯正設(shè)備，除銹設(shè)備，鉆孔設(shè)備，坡口加工設(shè)備等。
除復(fù)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(shè)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(wù)。
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(chǎn)品，稱為“Ｘ”產(chǎn)品系列。該系列產(chǎn)品最初為用于道路設(shè)計的Ｘｒｏａｄ及城市設(shè)計的Ｘｃｉｔｙ。
１９９３年Ｔｅｋｌａ推出鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Ｘｓｔｅｅｌ。該軟件經(jīng)過不斷技術(shù)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(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的深化設(shè)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(shè)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(wù)。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(jié)構(gòu)深化設(shè)計領(lǐng)域稱雄。
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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(jié)構(gòu)深化設(shè)計公司都已使用Ｔｅｋｌａ進行工作。２０１０年上海世博會，大量的鋼結(jié)構(gòu)場館都使用Ｔｅｋｌａ進行深化設(shè)計。
Ｔｅｋｌａ公司軟件產(chǎn)品
ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
為任何可能的結(jié)構(gòu)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(shè)計建筑。
ＴｅｋｌａＴｅｄｄｓ
自動執(zhí)行重復(fù)的結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)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(zhì)改變，依然是以人腦輸出圖紙的方式工作，這使得深化設(shè)計對工程師的要求較高。工程師不但要有一定的鋼結(jié)構(gòu)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(guān)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(guān)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(nèi)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(shè)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(gòu)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(guān)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(nèi)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(jié)構(gòu)深化設(shè)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(fù)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(zhì)和焊接長度有要求，此二項會隨構(gòu)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(zhì)和螺栓排布有要求。
在二維工作方式下，需要根據(jù)不同構(gòu)件截面尺寸繪制節(jié)點。若同規(guī)格構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)深化設(shè)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(fù)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(diào)整相關(guān)零件的長度與形狀。
下圖右側(cè)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(zhì)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(gòu)件、零件編號。ＴＳ擁有強大的自動編號功能，能根據(jù)材質(zhì)、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(shè)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(luò)內(nèi)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(jié)構(gòu)深化設(shè)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(jié)合自身業(yè)務(wù)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(chǎn)平臺。
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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(shè)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?qū)嵺`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(jié)構(gòu)二次加工生產(chǎn)線技術(shù)的行業(yè)領(lǐng)導者，于１９８８年成功安裝了第一條自動化生產(chǎn)線。其成員公司Ｓｔｅｅｌ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ專注于加工技術(shù)軟件研發(fā)，并推出了鋼結(jié)構(gòu)加工管理軟件ＰＬＭ。Ｔｅｋｌａ開放ＡＰＩ后，ＰＬＭ結(jié)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(jié)構(gòu)加工的人工工作。
ＨＧＧ公司將Ｔｅｋｌａ模型與自研設(shè)備對接
荷蘭ＨＧＧ公司是３Ｄ剖面切割領(lǐng)域的先驅(qū)，向用戶提供切割設(shè)備與服務(wù)。
其他Ｔｅｋｌａ用戶案例
關(guān)于三維模型的應(yīng)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(yù)制構(gòu)件構(gòu)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(jié)構(gòu)預(yù)制混凝土設(shè)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(guān)于報告功能的應(yīng)用
Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ集團使用Ｔｅｋｌａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ創(chuàng)建生產(chǎn)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(yīng)品。
Ｈｉｇｈ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ是一家擁有近５０年預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的家族企業(yè)，是美國建筑和結(jié)構(gòu)預(yù)制的主要生產(chǎn)商。
關(guān)于模型數(shù)據(jù)應(yīng)用
ＭｉｄｌａｎｄＳｔｅｅｌ公司利用生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品及配件，包括切割和彎曲的鋼筋，標準和特殊的構(gòu)造和預(yù)制鋼筋籠。
結(jié)語
類是面向?qū)ο笳Z言的程序設(shè)計中的概念，是面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)。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?qū)ο缶幊痰牧餍序炞C了面向?qū)ο笏枷敫子陂_展工作。ＢＩＭ軟件的流行也驗證了三維的優(yōu)勢。
本文對鋼結(jié)構(gòu)，Ｔｅｋｌａ及建筑工業(yè)化廠商對于Ｔｅｋｌａ的開發(fā)和應(yīng)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(jié)構(gòu)深化設(shè)計中的三維軟件與二維軟件使用現(xiàn)狀。
對于復(fù)雜度不高的鋼結(jié)構(gòu)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(fù)雜的大型項目則不一定。這不但與項目復(fù)雜度相關(guān)，也與各國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展程度和規(guī)范化程度密切相關(guān)。
在國內(nèi)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)市場的根本原因。雖然Ｔｅｋｌａ在技術(shù)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(jié)構(gòu)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(guān)鍵因素。日本鋼結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)詳圖，經(jīng)各方確認后先開展主結(jié)構(gòu)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(jié)合二維，而不是取代二維。
下圖為日本某大型民用鋼結(jié)構(gòu)建筑中的主梁。
