以下内容转载BIMCODE微信公众号题为“钢结构、Tekla与工业化”的文章(部分内容有删改)。本文介绍了钢结构、Tekla软件及建筑工业化厂商对Tekla的开发和应用情况，作者个人最后对三维软件与二维软件在钢结构深化设计中的使用现状进行了简要分析。

01钢结构的类型、设计和生产概述

钢结构的类型

根据日本钢结构协会编写的《钢结构技术总览》一书，钢结构主体结构分为四类：多高层建筑

包含：框架结构，支撑结构、框架-支撑结构，筒体结构，巨型结构。小规模空间结构

主要指桁架结构。空间结构-组合张拉结构

包含：空间网格，拱、穹顶，索结构、膜结构，杂交张拉结构。体系化建筑

包含：楼房型体系化建筑，金属框架系统建筑(即国内门式钢架系统)，体系化桁架(即国内的网架结构、网壳结构)，预制住宅，钢龙骨结构房屋。

我国钢结构主要用于工业建筑，如工业厂房，火电站，炼钢厂，焦化厂，化工厂等。工业建筑都是服务于其特定生产工艺的，虽然这些建筑主要分为门式钢架结构，框架-支撑结构和塔架结构，但不同类型的建筑结构复杂度差别较大。这主要体现在构件截面尺寸多样及节点形式复杂多样。这些年我国钢结构在民用建筑中的应用有所增加，尤其是医院、学校、商场、写字楼等多层、高层、超高层建筑。我国民用钢结构正在朝着与日本相似的方向发展。

钢结构的深化设计与制作

钢结构深化设计是把设计院的结构施工图转化为制作加工图的一项工作。钢结构制作全过程见下图，红框圈出的“加工图”即为深化设计的主要输出成果。

加工图按照内容主要分为三类：

一般图：平面图，立面图，预埋件图等。标准图：节点标准图，焊接标准图，各种附属金属件的配置、标准图等。详图：柱，大梁，小梁，间柱，支撑及其他构件的详图。国内钢结构深化设计与日本大体相似，但输出资料有诸多不同。例如：国内一般只制作详图和平、立面图。连接标准图及焊接标准图等标准图则直接使用设计院的结构图，并结合标准图集。这样的好处是减少了深化设计的工作量，缺点是缺乏对节点及焊接的进一步优化，相应的工作量转而由加工制作单位自行消化。例如：国内详图会在图纸中表达零件图及材料清单，这一点与欧美类似，而日本钢结构详图则不包含此项内容。材料清单以单独的文件形式提供。零件图在放样图阶段提供。与加工图密切相关的还有三项工作内容：备料表，放样图，套料资料。备料即材料清单，以单独的文件形式提供。其内容不但包括零件编号、构件编号、材质，截面等基本信息，还包括装配位置、焊接类型、焊缝长度、孔等更为详细的信息。与国内详图不同，日本的详图并不直接用于制作，只是用于表达和确认最终成果物。在详图的基础上会结合工艺进一步制作成放样图，用于加工制作。套料资料包含相应的图纸和表格。套料是将项目中用到的板材、型材等零件进行组合，提高下料工作中原材料的利用率，减少损耗。

钢结构加工生产线与设备

钢结构加工相关设备主要有焊接设备，切割设备，矫正设备，除锈设备，钻孔设备，坡口加工设备等。

除复杂节点部位和超厚板需要人工焊接以外，其他焊接均使用半自动焊接及自动焊接设备。

02 Tekla软件的发展史和特点

Tekla软件发展史

1966年Teknillinen laskenta公司成立，起初承接自动数据处理，咨询，开发，工程运算等业务。

1980年Teknillinen laskenta公司更名为Tekla。

1990年Tekla推出用于工程运算规划软件产品，称为“X”产品系列。该系列产品最初为用于道路设计的Xroad及城市设计的Xcity。

1993年Tekla推出钢结构设计软件Xsteel。该软件经过不断技术积累与改良，在2004年更名为Tekla Structures(以下简称TS)。新版本软件扩展了功能，支持钢结构与混凝土结构的深化设计。TS及其早期版本Xsteel就已按照BIM概念进行设计。

2011年美国Trimble公司收购了Tekla公司，并在2011年年底从AceCad公司收购了StruCad软件业务。StruCad软件中的部分功能被整合到TS中，StruCad不再推出后续版本。

Tekla软件在中国的发展

Tekla在2000年左右进入中国市场，先在广东和上海流行。至2007年，几乎上海所有的钢结构深化设计公司都已使用Tekla进行工作。2010年上海世博会，大量的钢结构场馆都使用Tekla进行深化设计。

Tekla Structures 特点

TS用三维的方式解决了二维工作的2大难题

一是工程师能力约束。三维方式出现前，工程师不但要有一定的钢结构背景知识，还要有较好的空间想象和空间思维能力，否则难以保证工作成果的正确性。有了一个直观可见的三维模型后，大大降低了深化设计的难度，而且三维模型使得构件碰撞问题得以解决，工作成果的正确性得到了极大的保障。二是图纸关联性约束。二维无法解决图纸关联性问题。例如平面图，立面图，剖面图需要分别绘制。如果一处内容发生修改，则需要分别修改平面、立面和剖面图。引入三维模型后，三维模型成为了各种图纸的关联源头，图纸只是三维模型的二维表达。平面、立面、剖面图可以自动根据模型创建，且如果模型发生了修改，图纸也会自动更新。TS丰富的节点库提高深化效率

在二维工作方式下，需要根据不同构件截面尺寸绘制节点。若同规格构件的布置有多种角度变化(例如支撑)，则需要针对不同角度的构件逐一绘制节点，极其耗时。随着节点库的不断完善，TS的三维模型工作方式为钢结构深化设计带来了前所未有的效率改变。不但提高了节点的布置效率，还使复杂节点的处理变得简单、准确、可靠。TS中的节点通过参数的方式进行配置，且支持用户自定义节点。节点会根据参数自动调整相关零件的长度与形状。图右侧为TS中的节点库

TS的报告功能让材料清单自动生成在二维工作方式下，材料清单是在人们制作完详图后，根据详图中的零件规格、材质和数量手工制作的。TS的报告功能使得材料清单可以随时创建，并且可以根据需求自定义报告模板。TS的自动编号功能为模型提供了强大的编号支持无论是报告还是图纸，都需要表达构件、零件编号。TS拥有强大的自动编号功能，能根据材质、尺寸规格、剪切处理等情况识别零件是否相同，并根据用户设置或自动分配流水编号。TS的多用户功能可以实现多人协同建模在多用户模式下，TS允许网络内的多人协同建模，更新后可看到最新的模型状态。原理与SVN版本控制系统类似。以上各功能在TS的早期版本(2004年及之前)就已实现，且快速、稳定、可靠。至此，TS已经提供了钢结构深化设计及材料清单所需的一切功能。

2007年，TS发布了13.0版本。该版本的一个重要特征是开放了API。虽然该版本的API开放程度有限，但已涵盖了软件大部分主要功能，具有重大意义。API的开放使得用户可以更加自由灵活地使用Tekla模型中的数据，并结合自身业务进行深度开发。这使得TS成为了企业可以依托的数据生产平台。

03 建筑工业化厂商对Tekla的开发和应用

FICEP公司钢结构二次加工生产线技术结合Tekla

其成员公司Steel Projects专注于加工技术软件研发，并推出了钢结构加工管理软件PLM。Tekla开放API后，PLM结合Tekla软件进行了深度开发，实现Tekla模型无缝导入，并通过FICEP自动化的物流系统及数控机床实现高效加工。极大地减少了钢结构加工的人工工作。

HGG公司将Tekla模型与自研设备对接

荷兰HGG公司是3D剖面切割领域的先驱，向用户提供切割设备与服务。

Tekla三维模型的应用

Clark Pacific公司使用Tekla来赢得商业机会并让投标更准确。首先通过创建一个项目的概念模型，这个模型由一个个的预制构件构成。然后运行一系列报告，可以直接由Tekla模型生成Excel报告。估算员会编制一份汇总报告并加入成本元素。Tekla Structures能快速创建一个建筑的概念模型，可以利用可视化的、基于模型的方式来展示和进行进一步精准的算量，从而赢得客户的信任。ClarkPacific公司是美国一流的建筑和结构预制混凝土设计建造商。从1963年起, Clark Pacific公司已经伴随着西海岸的发展完成了2500多个项目。

Tekla报告功能的应用

High Concrete集团使用Tekla Structures创建生产图纸以及零件和项目级物料清单(BOM)。该团队从Tekla Structures运行报告，然后通过自动化流程将它们加载到SAP公司的ERP系统中。借助TeklaStructures，High Concrete 集团的BOM更准确，从而使公司有更多时间购买和准备供应品。High Concrete是一家拥有近50年预制混凝土结构的家族企业，是美国建筑和结构预制的主要生产商。

Tekla模型数据应用

MidlandSteel公司利用生产软件管理钢筋制造中的“弯曲和切断”。由于Tekla提供了把准确的模型数据与不同行业软件链接的解决方案，Midland Steel可以直接把可建造的模型的数据发送到生产线上，并能通过模型生成进度时间表。MidlandSteel 是英国和爱尔兰增长最快的钢筋制造商，提供了多种不同的钢筋产品及配件，包括切割和弯曲的钢筋，标准和特殊的构造和预制钢筋笼。

作者观点

与二维线条不同，三维实体具有类的概念，因此很适合表达现实世界中的建筑对象。BIM软件的流行也验证了三维的优势。从本文提及的案例来看，钢结构深化设计中的三维软件似乎已全面取代了二维软件，事实是否如此？

对于复杂度不高的钢结构深化项目，仅需使用TS而无需使用二维CAD软件便可完成工作。但对于复杂的大型项目则不一定。这不但与项目复杂度相关，也与各国钢结构发展程度和规范化程度密切相关。

面对激烈的市场竞争和紧张的工期，深化设计工作也逐渐以“迭代”方式开展。先利用三维BIM软件的优势快速、准确地生成一般图与主结构详图，经各方确认后先开展主结构的下料加工，然后在此期间，利用二维CAD软件完善详图中配套附属零件的绘制工作。

可能在未来相当长的一段时间，钢结构深化设计依然会是三维结合二维，而不是完全取代二维。

本文作者：吴宇镭(小镭Ra)，工程师，PMP，微软认证专家。

2005年从业钢结构领域，工作内容涉及钢结构深化设计及报价、备料、预算、套料、放样等加工配套资料制作。2012年开始从事软件研发工作，工作内容涉及工具软件二次开发，Windows应用程序开发以及生产管理系统研发等。