關(guān)于曲面幕墻工程三維建模的分析與方法

    隨著國內(nèi)幕墻行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維幕墻工程的實(shí)例也越來越多，運(yùn)用三維建模的軟件也是各不相同。筆者就自己使用過的軟件總結(jié)了一些在三維建模中的認(rèn)識(shí)和想法，與大家分享。

    三維建模是個(gè)整體工程，它反映的不僅僅是一個(gè)簡單的模型與線條，建模時(shí)需要考慮建模本身的可行性，幕墻材料的加工工藝，工藝實(shí)現(xiàn)所需要的時(shí)間周期，工程施工的方便與可行性，因此，在建模過程中需要綜合考慮各方面的因素，追求最適合個(gè)體工程的方案。

    眾所周知，在三維建模中坐標(biāo)及坐標(biāo)的變換是最為重要的，它是三維建模的基礎(chǔ)。在建模初期選擇合適的坐標(biāo)原點(diǎn)將會(huì)在以后一系列的三維操作中帶來極大的方便，一般情況下我們將默認(rèn)的實(shí)際坐標(biāo)作為建模的原點(diǎn)，它的優(yōu)勢是在以后的模型互拷，單元構(gòu)件的插入，測量放線坐標(biāo)值的定位方面提供公共的基準(zhǔn)點(diǎn)。在建模過程我們需要不斷的變換工作坐標(biāo)，定義不同的用戶工作平面，因?yàn)槲覀兊淖鲌D總是在一個(gè)二維平面內(nèi)完成的。

    在二維空間要想復(fù)制構(gòu)件是非常簡單的，然而在一個(gè)三維空間中將構(gòu)件復(fù)制到與其不在平行平面的平面是不容易的，這需要反復(fù)使用UCS命令，首先你需要將坐標(biāo)定義在構(gòu)件所在的平面，按下復(fù)制鍵，然后再將坐標(biāo)定義到目的平面，粘貼后方可實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然有時(shí)我們需要將構(gòu)件復(fù)制到指定位置，這里就要用到帶基點(diǎn)復(fù)制（Ctrl+shift+C/V），他能保證復(fù)制前后構(gòu)件相對(duì)基點(diǎn)的位置關(guān)系是一致的。

    對(duì)于一個(gè)曲面造型的工程，在建模初期需要對(duì)工程整體進(jìn)行全面分析，選擇合適的建模方法，目前行業(yè)中大多數(shù)人都是采用AUTOCAD進(jìn)行建模，在AUTOCAD工作環(huán)境下，運(yùn)用線來建模是比較頻繁的，其建立的模型是以線模來顯示工程的分格，其建模形式比較單一，在AUTOCAD環(huán)境下是不能進(jìn)行曲面編輯的，布爾運(yùn)算是可以的，但這在很多復(fù)雜的工程的建模中是很難達(dá)到我們預(yù)期的目的的，也會(huì)浪費(fèi)很多的時(shí)間，所以運(yùn)用一款合適的軟件對(duì)復(fù)雜工程進(jìn)行三維建模是必要的，也將給我們節(jié)省大量的時(shí)間。

    筆者結(jié)合一個(gè)實(shí)際工程介紹犀牛軟件在曲面幕墻工程的建模。澳門科學(xué)館外墻工程（圖1、圖2）的下部為一斜錐體，錐體上部被一斜平面截?cái)�，底面為�?3325mm的標(biāo)準(zhǔn)圓，標(biāo)高為零；頂面也為一標(biāo)準(zhǔn)圓，半徑為16890mm，標(biāo)高為35280mm，母線夾角分別為50°和85°，縱向分格線是將底圓和頂圓180等分后的母線連線，橫向分格為等距離的圓，高度為2520mm和1260mm交錯(cuò)上升，橫豎膠縫22mm，運(yùn)用犀牛軟件對(duì)其建模做底圓面和頂圓面，圓心連線在縱向平面內(nèi)夾角78°，運(yùn)用放樣(loft)選中頂圓和底圓線建模，做出斜錐體，并在上部做一斜面將錐體斜切，運(yùn)用面剪切功能可將斜錐體按斜平面位置切割。將坐標(biāo)定義在底面圓面上，以過圓心投影點(diǎn)的直徑為基線建模，做一寬度大于斜錐寬，高度大于斜錐高的矩形垂直平面，圓形陣列此平面，平面間夾角2°，選中頂面和地面圓及全部垂直平面，做出面交線，運(yùn)用intersect就能得到任何相交曲面的交線，所得交線就是我們幕墻模型中的分格線。然而在實(shí)際工程中，僅僅做出分格線是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在大多數(shù)情況下，我們希望能在三維模型中能夠完成施工圖的放線及材料的下單任務(wù)，因此在三維模型中做出相鄰板塊的分格是非常必要的，對(duì)于曲面模型運(yùn)用AUTOCAD做出分格縫是比較繁瑣的，但運(yùn)用犀牛中的曲面編輯功能，面交線相對(duì)較為簡單，對(duì)于此工程來講，只需要將垂直分格面旋轉(zhuǎn)一定角度，再用旋轉(zhuǎn)后的垂直面與斜錐體做交線就能得到三維分格縫，而且這種建模方式是從工程的整體進(jìn)行建模，從宏觀上把握整體分格效果，避免了許多繁瑣的重復(fù)步驟，為我們建模節(jié)約了大量的時(shí)間。

    對(duì)于許多幕墻工程而言，我們最初拿到的圖紙往往是比較粗糙的，許多三維工程最初的模型一般只是工程外裝飾面的模型，而我們的幕墻結(jié)構(gòu)不僅僅如此，在建模時(shí)建出幕墻的龍骨是很必要的。如果裝飾面都是一個(gè)個(gè)平面，其龍骨的建模是比較簡單，如果是個(gè)曲面，我們將如何建模出它的龍骨結(jié)構(gòu)？一般情況下龍骨應(yīng)該是沿曲面法線方向偏移到一定距離的位置，將龍骨設(shè)計(jì)在曲面法線的方向是有眾多優(yōu)勢的，其距受力面的距離最近，受力方向最有利，而且其因距離短使用的材料也少。在這個(gè)過程中曲面法線的確定是建模的關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)于規(guī)則曲面如圓球其法線為曲面點(diǎn)到球心的連線上，方向指向圓心為正，背向則為負(fù)，而如果是個(gè)不規(guī)則曲面，其法線如何確定，運(yùn)用CAD似乎很難辦到，用犀牛軟件對(duì)其建模這個(gè)難題便會(huì)很容易。在犀牛軟件里專門為我們提供了一個(gè)曲面法線偏移功能，無論線還是曲面都可以得到其法線方向的物件，當(dāng)然偏移的基礎(chǔ)面必須是曲面。龍骨的細(xì)部結(jié)構(gòu)在此基礎(chǔ)上再去建模就比較容易了。

    曲面建模的優(yōu)化幾乎在每個(gè)工程中都要涉及到，圓弧曲面平面化、不規(guī)則圓弧曲面的標(biāo)準(zhǔn)圓弧化是經(jīng)常使用的方法。對(duì)于一些大半徑的圓弧曲面，由于其弧度較大，在將其分格后，每個(gè)分格單元的拱高比較小，近乎平面，其簡化成平面后整體外觀效果能滿足要求，大多數(shù)情況可以將其簡化，如此產(chǎn)品的加工工藝變得簡單，成本也將大幅降低，縮短了加工周期，尤其是對(duì)于大跨度的空間結(jié)構(gòu)，簡化的優(yōu)勢更加顯著。不規(guī)則圓弧曲面在工程中也是經(jīng)常遇到的，這種模型的出現(xiàn)往往是出于造型的需要，然而在實(shí)際生產(chǎn)制造當(dāng)中其加工工藝是不能實(shí)現(xiàn)的，因此需要將其模擬成可行的標(biāo)準(zhǔn)圓弧或直線，當(dāng)然前提是要滿足功能和外觀的要求。例如可以將一個(gè)分割出的斜錐體單元簡化成上下為標(biāo)準(zhǔn)圓弧徑向?yàn)橹本�的標(biāo)準(zhǔn)單元。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的弧形曲面，可以將其簡化成單圓弧曲面或雙曲面，視其效果和建模要求而定。

    在三維建模中我們經(jīng)常會(huì)遇到要將一條直線截?cái)嗯c某一特定的平面相交，在CAD中需要做很多輔助線，包括定義用戶平面、作面垂線，投影線經(jīng)過幾個(gè)繁瑣的步驟得到要求的直線，而在犀牛軟件當(dāng)中我們可以運(yùn)用面線編輯功能(Intersect)就可以得到面線交線，操作很方便、快捷；面和面的編輯功能在這里操作也是比較方便的，例如經(jīng)常用到的面剪切（trim）、面偏移(offsetSrf)、面面交線（Intersect）、面延伸（ExtendSrf）等等，這些都是在三維建模中經(jīng)常用到也是非常實(shí)用的功能，為建模的實(shí)現(xiàn)提供了方便。

    在曲面工程的三維建模中，運(yùn)用簡單的線編輯功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足建模需要的，建模過程中曲面編輯功能，曲面與線的編輯功能，線與線的編輯功能以及實(shí)體編輯功能是非常必要的。隨著我國幕墻行業(yè)的日趨成熟以及人們對(duì)建筑美學(xué)的不斷追求，社會(huì)對(duì)幕墻行業(yè)提出了更高的要求，曲面工程也將越來越多，曲面工程的建模也會(huì)越趨復(fù)雜。筆者將自身的建模經(jīng)驗(yàn)與同行業(yè)和建模愛好者分享，希望大家共同進(jìn)步。   文/王斌