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摘要：完善了双曲线冷却塔筒壁模板分节施工数据的计算方法，回避曲线方程和解联立方程组。AutoCAD和LISP交互工作，使该数据能更加精确地模拟筒壁外形曲线。不论上环梁、下环梁采用指数变厚、线性变厚等不同设计情况，该程序均能完美解决。
关键词：AutoCAD；Visual LISP；双曲线冷却塔；分节计算；样条曲线
一AutoCAD 和Visual LISP简介
AutoCAD从1982首发到至今的AutoCAD 2019版本，广泛用于二维绘图、详细绘制，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。是一个较为成熟的绘图平台，它除了具有强大的编辑功能外，还具有图数互访的功能，图即是数，数即是图，矢量方式表达，虽经多极放大或缩小，仍能保持精度不变。
AutoLISP 是为二次开发AutoCAD而专门设计的，起源于LISP语言，是LISP语言和AutoCAD有机结合的产物，嵌入在AutoCAD内，针对AutoCAD增加了许多功能，具有AutoCAD强大的图形编辑功能的特点。在AutoCAD 2000开始集成了Visual LISP语言，提供了更开放的二次开发环境。它与AutoLISP完全兼容，又提供了AutoLISP的所有功能,能够访问AutoCAD的多文档环境，非常适合于图形的应用和计算。它可以把AutoLISP程序和AutoCAD的绘图命令透明地结合起来，使设计和绘图完全融为一体，利用AutoLISP语言可以进行各种工程分析计算、自动绘制复杂的图形。
二分节计算
冷却塔是火力发电厂中一个重要的水工构筑物。目前大多数火力发电厂都采用双曲型自然通风冷却塔。这种冷却塔的外形是由内、外筒壁表面曲线绕冷却塔中心轴旋转形成的壳体，其纵截面中心线（母线）就是双曲线。筒壁模板施工是由底部逐渐向上循环交替进行的，直至塔顶，一般塔顶最后一节是非标准节。
目前国内普遍使用附着式三角架翻模方法进行施工。在设计图中一般只是按筒壁壳体中面分节给出了相应的标高、半径和壁厚等几何尺寸，而没有给出悬挂脚手架施工所需要的在筒身表面母线方向按模板高度进行分节的几何尺寸。如各层模板顶对应的标高、内外模板顶半径、壁厚、模板块数、内表面积、每板混凝土方量及内外悬挂脚手架之间对拉螺栓处混凝土套管长度等，而这些数据又是施工中必不可少的，施工测量和质量检查验收必须使用这些数据。所以在施工前要根据设计图纸进行筒身模板的分节计算，并绘制成施工技术指示图表，作为施工依据。筒身分节计算以往通常有放大样实测，差分法计算、曲线公式计算等方法。
1 放大样实测法：
在CAD未普及推广之前，要么1:1（或1:2～1:10）在场地上放样。放大样所需场地较大，费时费工。在场地上标识一个无半径的点和无宽度的线很难，放样后实测数据，因测量本身始终有误差，应该说此法得出的施工数据精度不高，大比例误差就更大了。
2 差分法分节计算:
利用差分法计算筒壁分节施工几何尺寸，比放大样法省时省工，节约场地，而且方法简单，只要运用初等数学知识即可进行计算。但是计算过程中有两个假设，假设视筒壁为按设计分节高度变化的折线，假设分节后筒壁是以每块模板高度为模数的折线，所以在插入计算过程中会出现一定的半径误差和标高误差。
3 曲线公式计算法：
参考《钢筋混凝土双曲线冷却塔的施工》、《简明特种结构设计施工资料集成》计算公式，利用双曲线公式进行筒璧的分节计算，对壳体中面曲线进行计算，求出数据的是筒壁壳体中面标高和半径，而实际施工中所需要的是内（或外）侧模板上口的半径和标高。所以，还要再次进行换算，才能真正得出满足施工要求的数据。此法精确度高，累积误差较小，在不编程情况下计算很复杂，而且结果数据不直观，有无差错也不便核对检查。
4 本文提出的方法：利用AutoCAD平台及内嵌Visual LISP语言，编程实现分节计算
双曲线型冷却塔筒体的曲线和壁厚精度直接影响冷却塔的整体质量，而能否保证筒体的精度又取决于所使用的模板及其定位控制技术。冷却塔筒壁施工所用数据恰好是在壳体表面曲线上的数据。由于上环梁、下环梁附近区域壳体为变厚度，即使壳体中面是可用简单函数表达式表达曲线公式，壳体表面曲线因变厚度后不再是双曲线，在环梁区域就不可能再用简单的函数表达式进行表达，必须用分段拟合函数，在用设计给定的分节数据拟合函数的过程中，精度必然降低。设计院一般不会提供筒壁曲线的解析函数给施工单位，通常情况下设计单位连DWG格式的图纸也不会提供，运用数学软件matlab、Mathematica等可以进行拟合计算进行反演，但结果与AutoCAD比不直观。利用AutoCAD平台及内嵌Visual LISP语言，编程实现分节计算，能比较完美的解决该问题。
本程序的思路是，根据设计分节数据（中面半径，中面标高，壳体厚度）用样条曲线重建壳体中面曲线，再根据重建后的壳体中面曲线及相应标高处的厚度计算出筒壁内表面或外表面的一系列特征点，再利用这些特征点用样条曲线重建壳体内表面（或外表面）曲线，同时可以用程序把这两条曲线在CAD中绘制出来。之后按照施工用模板长度在中面曲线上从底部向顶部依次截取，得到模板分节数据，实际上就是用连续折线近似表达筒壁中面曲线，折线的所有顶点都在曲线上，其它组成折线的点都不在曲线上，之后过该点做曲线的法线，求法线与内外表面曲线的交点，所求交点就是内外模分节数据，两交点之间的距离就是壁厚。同时用VLISP程序把模板分节在CAD中绘制出来，便于在CAD中宏观上审查和利用查询工具对其仔细核对检查。
冷却塔筒壁施工技术指示图表中还包括每节的上下预制混凝土套管的长度、内外模板高差、模板上口垂直壁厚、内模面积、混凝土量等项，这些数据应在模板分节定位数据基础上求出。有了这些精确的模板分节数据,就可利用EXCEL很便捷的计算出所需施工数据。注意最上面一节如果不是标准节，需要特别计算。最后将所有计算数据填入施工技术指示图表。
三交互计算并绘图
1 整理设计数据
设计院出版的双曲线冷却塔几何尺寸图施工图，一般为如下图示：
将设计图纸按以下格式整理数据并保存在D盘根目录下，注意单位统一，摘录文件部分内容如下。数据格式为：“中面半径，中面标高，壳体厚度”
38.743,152.303,0.382
38.609,151.01,0.361
…………………………
57.036,11.855,1.078
57.375,10.6,1.15
2 程序原理及步骤
第一步，根据设计图纸，提取数据，数据格式为“中面半径、中面标高、壁厚”。
第二步，根据设计数据重建筒壁中面曲线、内表面曲线和外表面曲线，均采用样条曲线，数据拟合成曲线AutoCAD自动完成。
第三步，对筒壁中面曲线进行分节，过该点作中面曲线的法线，程序计算该法线与内外表面曲线的交点，所求交点就是内模分节、外模分节数据，两交点之间的距离既是壁厚又是模板节与分之间的分界线。
第四步，用VLISP程序把曲线、模板分节在CAD中绘制出来，在CAD中宏观审查和利用查询工具对其仔细核对检查。
第五步，用VLISP程序把计算数据输出到文件。
注：在 AutoCAD中按1:1的比例将筒壁截面精确地绘制出来，图中各个部位的尺寸与实物完全相同。分别按筒壁内外表面在CAD中作图法进行分节，发现模板上口连线与筒壁并不垂直，从下往上算时，越往上部误差越大，通过本例数据（淋水面积10000平方米，塔高154.4米，喉部半径36.118米）实测发现相差0.0857米，因此不能采用筒壁表面曲线来进行分节计算。
3 程序运行后结果及数据
经过程序运算后筒壁内表面、中面、外表面母线分节数据，保存在D盘根目录下，摘录部分内容如下。数据格式为：“中面半径，中面标高，内模顶半径，内模顶标高，外模顶半径，外模顶标高，壁厚”。
53.986 , 23.150 , 53.714 , 23.077 , 54.258 , 23.224 , 0.564
54.325 , 21.895 , 54.030 , 21.816 , 54.619 , 21.975 , 0.610
54.664 , 20.640 , 54.346 , 20.555 , 54.982 , 20.726 , 0.658
55.002 , 19.385 , 54.660 , 19.293 , 55.344 , 19.477 , 0.709
55.341 , 18.130 , 54.973 , 18.031 , 55.710 , 18.230 , 0.764
55.680 , 16.875 , 55.284 , 16.768 , 56.077 , 16.982 , 0.821
56.019 , 15.620 , 55.594 , 15.506 , 56.445 , 15.735 , 0.881
56.357 , 14.365 , 55.902 , 14.242 , 56.813 , 14.488 , 0.944
56.697 , 13.110 , 56.210 , 12.978 , 57.184 , 13.242 , 1.009
57.036 , 11.855 , 56.516 , 11.714 , 57.556 , 11.996 , 1.078
57.375 , 10.600 , 56.820 , 10.450 , 57.930 , 10.750 , 1.150
双曲线冷却塔筒壁施工技术指示图表（摘录部分内容）
四结束语
AutoCAD的精度为14位有效数字，远超工程精度要求。运用计算机CAD及VLISP处理复杂的工程计算，可以抛弃不必要的近似，求出更精确的数值解。在计算机技术的支持下，使完工工程更接近设计模型。筒壁几何尺寸的误差，会在设计模型的基础上产生附加应力，影响筒壁强度涉及结构安全，所以，应当从模板放样开始就采取措施减少误差，避免误差积累而产生缺陷。
本文提出了针对冷却塔筒壁模板分节计算的解决方案，实际上其它曲线类问题（特别是没有明确解析表达的曲线）需要施工放样计算时，可以用上述思路解决，也不失为一种快捷、高效而准确的解决办法。计算结果在CAD软件中直接生成图形，能够很直观地判断成果是否合理，防止将异常数据用于施工。
参考文献
[1]水利电力部基本建设司. 钢筋混凝土双曲线冷却塔的施工[M]. 北京:水利电力出版社,1984:316-327.
[2]<简明特种结构设计施工资料集成>编委. 简明特种结构设计施工资料集成[M]. 北京:中国电力出版社,2005:323-324.
论文作者:李文彬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/10/1
标签：曲线论文; 数据论文; 冷却塔论文; 壳体论文; 标高论文; 模板论文; 双曲线论文; 《基层建设》2018年第23期论文;