本文对钢结构、Ｔｅｋｌａ及建筑工业化厂商对于Ｔｅｋｌａ的开发和应用情况进行了简要介绍，并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分析。

钢结构类型

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。

钢结构加工厂生产线与设备

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。

Ｔｅｋｌａ公司

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。可以说，早在Ａｕｔｏｄｅｓｋ收购Ｒｅｖｉｔ并在２００２年开始推广ＢＩＭ概念之前，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２０１２年从ＡｃｅＣａｄ公司收购了几乎与ＴＳ齐名的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。从此，Ｔｅｋｌａ在钢结构深化设计领域称雄。

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Ｔｅｋｌａ在２０００年左右进入中国市场，并于２００４年开始在广东和上海流行。盗版软件的存在和使用加速了这一流行趋势。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公司软件产品

ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

为任何可能的结构创建精确、易于施工的模型。

ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎｅｒ

使工程师可以经济高效地分析和设计建筑。

ＴｅｋｌａＴｅｄｄｓ

自动执行重复的结构计算。

ＴｅｋｌａＢＩＭｓｉｇｈｔ

是一个免费的施工项目协作专业工具，任何人都可以用它来组合模型、检查冲突和共享信息。该软件类似于轻量化模型工具。

ＴｅｋｌａＦｉｅｌｄ３Ｄ

是一个易于使用的　３Ｄ　工具，它可在移动设备上使用建筑信息模型。

ＴｅｋｌａＣｉｖｉｌ

是一个基于模型的综合性解决方案，可以满足大型土木工程设计需要。

Ｔｅｋｌａ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ

ＴＳ用三维的方式解决了二维工作难题。

二维工作方式的两个难题。

一是工程师能力约束。无论是使用绘图板还是ＣＡＤ软件，工作方式并未发生本质改变，依然是以人脑输出图纸的方式工作，这使得深化设计对工程师的要求较高。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。

二是图纸关联性约束。虽然在ＣＡＤ软件的帮助下可以大幅度提高绘图效率，但是依然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。

ＴＳ三维模型提供了新的工作方式。

有了一个直观可见的三维模型后，工程师的大脑得到了一定程度的解放，深化设计工作不再依赖于空间想象和空间思维能力。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。

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。图面中的很多内容都支持模板定制，实现所需表达效果。

费时耗力的节点

钢结构深化设计中最为费时耗力的就是节点。

节点主要分为焊接节点、螺栓节点和栓焊组合节点。焊接节点主要使用在工厂，螺栓节点在现场使用。节点形式复杂多样，同类型的节点因截面大小又有不同的变化。例如焊接节点因要保证强度，所以对节点板尺寸、厚度、材质和焊接长度有要求，此二项会随构件截面而变化。螺栓节点因要保证强度，所以对节点板尺寸、厚度、材质和螺栓排布有要求。

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。

ＴＳ丰富的节点库进一步强化了三维模型工作方式。

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。

下图右侧为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。

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Ｒｅｖｉｔ被收购之前，前东家Ｒｅｖｉｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ计划提供完整的解决方案，提供设计人员所需要的全部功能。这个想法针对美国或局部地区是可以的，但是如何兼顾全球的市场，却非一个公司所达到。Ａｕｔｏｄｅｓｋ已有多年的全球实践和战略，深知ＡＰＩ的重要性，唯有ＡＰＩ　能实现全球不同的标准和需要。所以Ａｕｔｏｄｅｓｋ收购Ｒｅｖｉｔ后在２００５年推出了Ｒｅｖｉｔ８．０　，并开始提供ＡＰＩ。

ＦＩＣＥＰ集团及其成员公司Ｓｔｅｅｌ　Ｐｒｏｊｅｃｔｓ

ＦＩＣＥＰ公司是钢结构二次加工生产线技术的行业领导者，于１９８８年成功安装了第一条自动化生产线。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。

其他Ｔｅｋｌａ用户案例

关于三维模型的应用

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。

关于报告功能的应用

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。

关于模型数据应用

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。

结语

类是面向对象语言的程序设计中的概念，是面向对象编程的基础。类是对现实生活中一类具有共同特征的事物的抽象。与二维线条不同，三维实体就具有类的概念，因此很适合表达现实世界中的建筑对象。面向对象编程的流行验证了面向对象思想更易于开展工作。ＢＩＭ软件的流行也验证了三维的优势。

本文对钢结构，Ｔｅｋｌａ及建筑工业化厂商对于Ｔｅｋｌａ的开发和应用进行了简要介绍。从案例来看，三维软件似乎已全面取代了二维软件，事实是否如此？

我们再来看一下钢结构深化设计中的三维软件与二维软件使用现状。

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。

在国内，因为详图规范化程度不高，所以为各种软件创造了机会。只要软件能帮助用户快速、准确地完成工作，就会得到用户的认可。所以Ｔｅｋｌａ在中国市场快速发展并取得了成功。对比之下，日本钢结构已发展成熟，规范化程度很高。二维ＣＡＤ时代所形成的表达风格已经成为行业标准，这对ＢＩＭ软件在图纸的本地化上变成了一种束缚。这也是Ｔｅｋｌａ用了二十多年才慢慢打开日本钢结构市场的根本原因。虽然Ｔｅｋｌａ在技术上有很强的优势，但面对要求繁杂的各种图面表达，Ｔｅｋｌａ也只能慢慢完善其图纸功能。因此，在日本大型钢结构项目中，虽然模型是可以完全依赖三维软件而创建，但图纸还是无法脱离对二维ＣＡＤ软件的依赖。

此外，建模时间成本也是影响全面三维化的一个关键因素。日本钢结构有完善的施工用的配套附属零件，而这些零件都是需要在详图中进行表达的。如果对所有这些零件都进行建模，则需要耗费大量的时间且意义不大，因为用二维ＣＡＤ软件可以又快又好地完成这项工作。

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。

由此可见，在未来相当长的一段时间，依然会是三维结合二维，而不是取代二维。

下图为日本某大型民用钢结构建筑中的主梁。