三维结构模型DXF文件绘制技巧



辅助绘制三维结构模型的方法和软件

这里所说的辅助方法和软件，是指结构计算软件自带的前处理工具以外的方法和软件。

虽然现在很多的结构计算软件在前处理方面的功能已经非常强大了，但要求它们的功能象专业的绘图软件一样灵活、方便是不现实的。因此，在某些情况下，我们仍然希望借助其它软件处理一部分三维结构模型的绘制问题。

目前可以用来帮助绘制三维结构模型的软件比较多，大概有以下几类：

1．大型三维工厂设计软件

这类软件主要是处理多专业协同工作，将工艺、土建等方面的实体三维模型放在一起，分给不同专业、不同职务的人员不同的权限，大家共同在“一个图”下工作。这类软件往往可以把其中的实体三维模型转换为三维计算模型输出。在生成计算模型方面，这类软件的优点是：和其它专业接口优势明显，可以自动传递部分荷载，甚至可以实现结构、管道联算等功能。缺点是两个字：难（对整个团队的要求高）、贵（非一般小设计院能支撑得了的）。而且不适合快速的单纯计算。

2．部分详图类软件

笔者在这方面了解不多，比便多说。但是，随着设计分工的深入，负责结构分析的人熟悉这类软件的会越来越少。而且，详图模型的信息量要远大于计算模型需要的信息量，因此，这个方法也不适合快速的单纯计算。

3．利用CAD软件生成DXF文件

部分三维结算软件可以导入DXF文件。有的软件有分层导入的功能，这使得对导入模型的处理更方便。AutoCAD等软件绝大部分设计人员都很熟悉，利用这种方法需要新学的东西很少。缺点是只能处理杆件关联等部分信息，这使得在模型输入后期（如输入荷载阶段）修改前期输入的数据（如节点坐标）很难，要么在这是不用DXF文件的方法，要么重新输入很多数据。

4．利用其它软件辅助生成部分或全部数据

这类最典型的就是利用EXCEL生成部分数据，复制到计算软件的输入数据部分，部分软件推荐用这种方法处理复杂空间曲线等的模型输入。也有人对非常典型的，又是要经常使用的结构形式，做成了表格，可以直接产生全部的计算数据，复制到计算软件后，就可以直接进行计算。

5．利用二次开发软件辅助生成部分或全部数据

这类二次开发软件包括对结构计算软件的二次开发和其它软件的二次开发。计算软件开发方及其代理做的开发不算在这里。这类软件很少见到，但这并不能说这种软件少。根据和网友的开发经验方面的交流，有些人做了这方面软件，但做的目的基本上是为了解决工作中的实际问题，只在很小的范围内流传。例如StrAModel(www.stramodel.com)，从雏形开始，已经有接近十年的历史，而真正将其用到工程才只有两人，不超过20个工程，虽然现在开始公开发布，但其自用型软件的痕迹仍然很明显。

几种方法的比较

上面各种方法各有特点和优势，但使用范围都不是很宽。不过绘制DXF文件的方法可以用到多个软件，因此，这方面的一些经验和技巧的交流或许能对一些人有所帮助。

三维结构模型DXF文件绘制技巧

下面开始介绍一些利用AutoCAD绘制三维结构模型(用于导出DXF文件)的经验和技巧。本文按读者有对二维制图非常熟悉，对三维制图不太了解来考虑。本文对部分AutoCAD的操作问题不做太详细描述，如果需要，读者可以去查AutoCAD的帮助文件。

下面根据本人的经验做些介绍，不是每条都适合任何人，请读者自己判断。有些条也算不上经验，只能算个简单的提醒。

1．把三维空间划分为几个区域

人为把三维空间划分为几个区域，在每个区域设相同的标志（或参考坐标），例如：



上图绘制了四个类似坐标轴的标志（后文简称标志）符号来划分三维空间，右下区域用于放置整体模型，把其中一榀架构移到了左上区域来做局部显示。

这样做的目的就是要方便把部分内容移出来，为了方便识别和修改。

标志一定要有完全相同的尺寸，因为标志的各个点都有可能作为移动的参考点。在俯视图、侧视图等情况下，不要用标志的原点做移动的参考点，因为这是很难确定捕捉到的是否是原点。

要合理选择个标志的位置和间距，使得各个区域的图形在主要的视图下不互相遮挡。

2．图层筛选

在很多情况下，我们需要设很多个图层，特别是在可以通过某种方法将分层信息导入到计算数据中时。

这时可以对图层严格根据某种规则命名，然后利用AutoCAD图层管理工具的图层筛选功能对图层分组。这样可以方便对多个图层统一处理。

例如下面的示例，快速选中了全部表示杆件的图层。

3．使用用户坐标系

在绘制三维结构模型时，有时调整坐标系是非常有用的。例如，STAAD等软件的坐标系为Z轴向上，这让很多人不习惯，其实，只要在AutoCAD里将坐标系饶X轴旋转90°就可以非常直观地看到Z轴向上坐标系下的情况。

适当调整坐标系的原点有时会减少很多尺寸换算工作。

当部分构件和世界坐标系有夹角时，适当调整坐标系会使工作大为简化。

4．保存几个视图

AutoCAD的内置的几个视图一般不能满足我们的要求，适当保存一些常用的视图是很必要的。AutoCAD提供了这个功能。



设好的视图可以用上图所示的工具栏方便地调用。

5．线方向的显示

我们经常需要了解线的方向，例如在确定荷载距梁端距离时、使用变截面杆件时、约束释放、节点偏向等。

在AutoCAD内可以设置包含字母或符号的线形，这使我们很容易区分线的方向。

当线平行于Z轴（对象坐标系）时，带符号的线型显示不正常，这时可以利用其它软件修改线的对象坐标系。

示意(StrAModel的例题1)：

6．图形整理

很多人的三维图纸是并不是自己从头开始画的，这些图很多地方不适合用做结构计算模型，即使自己画的图，也有不适合用作结构计算模型的。主要问题包括：杆件的连接点处的坐标不完全相同、杆件在节点处没有断开等、有重复线等。

图形整理建议使用相关软件进行，例如StrAModel的图形整理功能(不用注册，这个功能就可以不受限制使用)，可以将线在交点(可以是距离小于给定值的近似交点)处断开、对杆端坐标微调以保证各杆件连在同一节点上、处理重复线等。

虽然交点断线的工具很多，网上也有些公开的代码，但还是建议用专门为结构建模开发的工具。原因有：结构模型处理的杆件数量太大，一般小软件的处理速度太慢；在空间情况下，有很小的误差就会使空间线不相交，一般小软件处理不了这种近似相交的问题。

7．重视中间检查

需要导入DXF文件的工程，一般规模都很大，如果到最后再检查差错，处理起来会很麻烦，不对模型输入的正确性做检查更是很危险的。

结构连接检查，经常遇到的问题是，不同杆在同一节点处的坐标有小的误差，使这里出现多的节点，造成杆件实际并没有连接。建议在模型刚导入后，建3个公况，每个工况上在所有的杆上加满布的某方向的线荷载，3个工况分布加X、Y、Z方向的荷载，然后进行计算、看变形情况，很容易发现上面的问题。

进行独立结构的检查也有时也会提前发现问题。

总之，输入荷载前，能做的检查尽量多做，这样往往会避免很多以后的麻烦。

8.利用数据绘图

有时我们没有图形文件，而是有一些数据文件（数据还需要补充或修改），例如节点坐标、杆件关联等，这些信息是可以变成图形的。

我常用的方法是，利用EXCEL整理，形成可以在AutoCAD下执行的LSP语句来绘图。

也可以把信息复制到计算软件的数据部分，形成模型，再导出DXF文件（是否需要绕这一圈要根据具体情况考虑）。

9.综合利用视图和用户坐标系

利用视图和用户坐标系可以把很多空间制图的工作变成平面制图。例如利用AutoCAD自带的左视图、前视图等，可以很方便地把各框架变成用平面制图方式，如果再用移到用户坐标系原点的命名（有快捷键）把坐标原点移到框架平面内，那就更方便了。

举例：把和水平面成15°角，平行Y轴的平面，通过视图和坐标系变换显式成平面制图方式：

1）准备，先看看UCS工具栏是否打开了，如果没有，请打开。如果当前坐标系不是世界坐标系，通过UCS工具栏上的按钮调到世界坐标系。

2）按面调整坐标系，通过UCS工具栏上的按钮，输入角度15后，当前坐标系的XY平面就平行于制图平面了。如果平面不平行X或Y轴，可以先绕Z轴旋转。通过按钮把坐标原点移到制图的平面上。

3）调整视图显式：菜单：视图->三维视图->试点预设。选“相对于UCS”，点“设置为平面视图”，“确定”完成设置。

结束语

绘惯了平面图的结构师，刚开始绘三维图形会有些不习惯，其实多想想办法，绘三维的图形也不是很复杂。

对不规则的结构，导入DXF文件的方法往往能很大地提供工作销量。

题外话

导入DXF文件的方法能处理的信息一般是很有限的，为了方便绘制结构模型和从AutoCAD里读取更多的信息，我们开发了一些软件，后整理成了StrAModel(www.stramodel.com)。StrAModel是利用AutoCAD绘制模型，生成结构计算数据的软件，目前可以输出STAAD的数据文件。数据输出部分是开放的，经过简单(如果对数据文件的格式有足够深的了解的情况下)的开放就可以输出其它格式的数据文件。

使用StrAModel和导入DXF文件的方法相比，优势有：

随时可以修改结构模型；

结构模型数据规则便于数据查询；

荷载按空间位置输入，杆件修改不会丢失荷载；

附加了图形整理、数据检查等功能。