1 概述
《隧道盾构管片设计系统》，是为某设计院定制开发的软件系统，其目标是进行参数化三维管片模型建模，并自动生成结构图和配筋图。目前已完成了参数化三维管片模型建模的功能，以及结构图自动生成功能。正在进行配筋图的自动生成功能的开发。
目前管片三维结构图依靠人工绘制，绘制时间较长，孔洞位置及尺寸误差较大，且需要重复绘制，很难满足盾构管片设计的时间要求。本系统的出现，极大地提高了管片建模和出图的工作效率，并且具有很高的精度。
2 相关知识及名词解释
2.1 盾构
地铁在隧道中运行，如下图：
隧道是用盾构隧道掘进机挖出来的。如下图。
2.2 管片环
盾构隧道掘进机向前挖一段距离，就要在已挖处拼装隧道衬砌，也就是管片环，如下图。
隧道的支撑就是由管片一环一环地拼接起来的。
2.3 管片块
管片环是由管片块拼接起来的，如上图，一个环分成了6块。下图是管片块的照片。
2.4 管片块的种类
管片环由一个封顶块，二个邻接块，N个标准块组成，如下图所示。
K块就是封顶块。
2.5 错缝拼装
相邻的两环，封顶块的位置不一样，是错开的，叫错缝拼装；否则叫通缝拼装。
2.6 直线环和转弯环
直线环也叫标准环，其特征就是环的宽度（也称幅宽）是固定的。如果隧道是直的，那用直线环拼起来就行了。如果隧道要转弯，就要用到转弯环了。如下图。
在转弯的地方，把环的一侧的宽度减小，另一侧的宽度加大，就可以转弯了。这种宽度不等的环就叫做转弯环，也叫楔形环。
直线路线也可以用楔形环来拼接。使用一上一下或一左一右的拼接即可。
隧道除了会左右转弯之外，还会上下坡，这也是靠楔形环来实现的。还可能采取一些额外的措施。
左右站台经上下坡后变成上下站台
2.7 管片环切割
管片环切割是指对管片环模型进行拆分，最终生成一个封顶块，二个邻接块，N个标准块。
2.8 管片接缝
2.8.1 接缝种类
管片接缝可以分为纵向接缝和环向接缝，环向接缝是管片环与环之间的接缝，由纵向螺栓连接；纵向接缝是组成管片环的块与块之间的接缝，由环向螺栓连接。如下图。
2.8.2 接缝构造
接缝的构造如上图所示。接缝处从外侧向内侧结构分别是外侧密封槽、榫槽、内侧密封槽、密封沟。注意，环向接缝和纵向接缝都是这样的。如下图：
2.9 螺栓手孔
管片的环向接缝和纵向接缝，是靠螺栓来连接的。管片分块对接好之后，从螺栓手孔塞进螺栓，然后把螺帽拧紧。
如上图，虚线段表示螺栓穿入的方向。
2.10 预埋件
包括注浆孔和定位棒、吊装孔等预埋构件。
2.11 拼装定位孔
3 主要功能
软件是在AutoCAD上运行的插件，其主要功能包括：
- 绘制管片环
- 环缝切割
- 纵缝切割及管片环分块
- 螺栓及预埋件布置
- 自动生成结构图纸
3.1 绘制管片环
本系统可绘制楔形环（转弯环）或直线环。输入相关数据后，即可绘制出管片环的三维模型。
3.2 环缝切割
本系统可采用自定义的环缝切割条纹进行环缝切割，因此可适应任何环缝设计要求。软件算法充分考虑了楔形量造成的环缝切割宽度的变化，使得环缝与纵缝能够完美贯通。
在进行环缝切割之前，需要事先准备好两个dwg文件，一个为环缝上端面条纹dwg文件，另一个为环缝下端面条纹dwg文件。如下图，左侧为环缝上端面条纹dwg文件的截图，右侧为环缝下端面条纹dwg文件的截图。
在操作界面中选取好端面条纹，就可以进行环缝切割操作了。
切割后的环缝断面：
3.3 纵缝切割及管片环分块
按规定要求做好纵缝切割平面图形后，即可进行纵缝切割。
用户首先要做一组闭合的平面图形，需要做subtract的，放在“减”图层中；需要做union的，放在“加”图层。闭合的平面图形包括圆、椭圆、平面多段线。平面多段线中可以包含圆弧。
现在我们用一组平面图形来取代端面条纹。如下图：
这些平面图形是分图层存放的，图层设置如下：
运行命令，设置好各分块的角度，选好纵缝切割平面图形。
分块结果：
纵缝：
环缝-纵缝贯通情况：
3.4 螺栓及预埋件布置
可布置纵向直螺栓、环向直螺栓、纵向弯螺栓、环向弯螺栓、预埋件。
3.4.1 纵向直螺栓
3.4.2 环向直螺栓
3.4.3 纵向弯螺栓
3.4.4 环向弯螺栓
3.4.5 预埋件
布置完螺栓和预埋件后生成的三维模型：
3.5 成图
具有“一键成图”功能，可一键操作自动生成所有结构图纸。
3.5.1 衬砌圆环构造图
3.5.2 管片结构图
每个管片分块各出一张图。如果有6个标准块，就一共有9张管片结构图。下图为邻接块B2的管片结构图。
3.5.3 管片接缝构造图
4 结束语
本文是对本公司的软件开发案例的展示，目的是展现本公司的技术实力。文中所述的设计系统，版权归开发需求方所有。
