[摘要]：以集团规划为工作纲领，并结合行业发展趋势和实际工作需求，借助犀牛软件的参数化设计平台，对劲性柱型钢吊装阶段塔吊运力进行分析，并对塔吊布置方案进行优化。以精细化分析和BIM模型直观表达来提升原来技术编标和总平面布置时的工作质量和效率。同时可调整此计算程序，为后续装配式工程吊装分析提供快速计算的工具。
[关键词]：塔吊运力；参数化分析；劲性柱吊装；
1 研究背景
目前，住建部发文提倡发展装配式钢结构，集团规划和创建方案等也均提及发展装配式钢结构、木结构等业务和技术积累。而装配式项目在投标阶段和项目实施阶段的吊装方案设计是重中之重。若能充分有效地利用起重设备的运力，则将在保证施工进度、减少大型机械费用投入等方面产生极大的效益。
但无论是项目投标阶段的技术标编制还是项目实施阶段的方案编制，往往时间是非常紧张的，因此需要探索一种快速的、普适的设计方法。于是本文引入参数化设计的思想，提取吊装方案设计时塔吊布置的控制参数，并借助犀牛软件的参数化设计平台进行探索。实现快速分析利用起重设备完成运力分析及优化。
2 算法思路
2.1 控制参数
根据经验，影响塔吊布置方案的因素主要是构件自重、塔吊定位、塔吊工作半径内的运力和结构平面布置方案。构件自重受劲性柱型钢的吊装长度影响，通常为一层一吊或两层一吊，因此还需要知道此项目的层高信息；塔吊工作半径内的运力需要根据不同塔吊型号的说明书计算；结构平面布置方案则根据设计单位的图纸得到。
此外，为提高后续BIM模型的表达效果，需要建立简单的楼层和塔吊工作范围。
因此可提取控制参数如下：
（1）塔吊中心定位；
（2）塔吊工作半径；
（3）柱网；
[作者简介]：王沁萍，助理工程师
（4）楼板轮廓线；
（5）层高表；
（6）单次吊装层数；
2.2 塔吊运力计算方法
塔吊运力的计算主要是根据对应塔吊型号的说明书中塔吊吊重曲线得到的，见图1。以往直接根据图表进行手算，但效率极为低下，因此为了实现程序的自动计算，需要将塔吊吊重曲线转化为函数的形式，并编制成犀牛平台支持的程序语言。
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图1 TC7013塔吊吊重曲线
因此查询常规使用的塔吊说明书，将这些吊重曲线转化为函数，并借助PYTHON用程序语言表达，见图2。
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图2 TC7013塔吊吊重曲线的程序描述
2.3 判定方法
判断塔吊运力能否满足使用要求，需要将单次吊装构件的自重与塔吊运力进行比较。判定的步骤如下：
第一步：根据单次吊装层数（一层一吊或两层一吊）将劲性柱进行拆分，计算每根劲性柱型钢的自重；
第二步：计算塔吊中心定位点至结构平面布置方案中劲性柱形心位置的直线距离，并根据塔吊吊重函数计算出在该劲性柱形心位置的吊重；
第三步：将劲性柱型钢自重与对应吊重进行比较，并得到计算结果。
2.4 BIM模型表达
由于计算结果为文字形式，在结构构件数量较多时，不方便直观地体现出吊装方案的计算结果，因此需要根据计算结果建立BIM模型进行表达，提高计算结果的可读性。
此功能的实现思路如下：
（1）根据结构平面布置图和层高表建立楼层模型；
（2）根据单次吊装层数建立劲性结构型钢柱三维模型；
（3）根据塔吊运力的判定结果，将满足和不满足两种计算结果的型钢柱用不同颜色表现。
3 功能实现
在犀牛平台上的程序计算图见图3。各模块的功能和原理如下：
3.1 信息输入
将设计图纸简化，保留轴网信息、型钢柱截面、楼层轮廓线并根据塔吊初步布置方案将定位点在图上标注。将该图导入至犀牛中，并将型钢柱截面、楼层轮廓线和塔吊定位点拾取进计算程序中。
根据型钢柱的分布，提取层高表输入至程序中。
3.2 吊重计算和自重计算
搜索各型钢柱截面的形心，并与塔吊定位中心点计算两点之间距离，借助PYTHON模块计算出各柱位置处的吊重
根据单次吊装层数，借助累加模块和拉伸工具生成对应的钢柱模型并计算自重
3.3 结果判定
利用大小比较模块和数据条件分割模块，将吊重满足和吊重不满足的型钢柱分为两组。
3.4 BIM模型建立
利用面生成模块将楼层轮廓线生成楼板，并
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图3 犀牛参数化设计程序
根据层高表复制至相应标高位置。将结果判定中的两组型钢柱借助可视化模块并设定不同颜色分别显示，满足吊重的型钢柱用绿色显示，不满足的则用红色显示。
4 实际应用
4.1 项目概况
本项目为某广场南区项目，包含地下室、商业裙楼、塔楼等部位土建结构工程及地下室安装预留预埋工程。总建筑面积约为：371,312m2，其中地下室共4层，建筑面积约123,840m2；商业裙楼6层，建筑面积面积约119,373m2；A塔楼50层，建筑面积约83,795m2；B塔楼35层，建筑面积约44,304m2。项目效果图见图4。
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图4项目效果图
本项目A塔楼外围采用劲性柱，型钢采用十字形钢柱，截面尺寸1000mmx1000mm，厚度40mm，细部尺寸见图5。
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图5 十字形钢柱截面尺寸
4.2 塔吊布置方案
塔吊布置初步方案如图6所示，其中洋红色填充区域为A塔所在位置。
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图6 十字形钢柱截面尺寸
4.3 塔吊选型
图6所示为最终塔吊选型方案，初始阶段考虑TC6013塔吊，但是利用程序计算后显示基本型钢柱在一层一吊时也不能满足要求，见图7。
图6 塔吊布置方案
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图7 TC6013计算结果
采用TC7013并减臂至60m时，计算结果显示如图8所示。从计算结果可见，采用TC7013时，底层钢柱和远端钢柱无法满足吊装要求。
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图8 TC7035计算结果
5 总结及思考
5.1 总结
本文通过对以往工作方法的思考，发现工作提升点，并结合行业发展趋势和公司发展规划，借助犀牛软件平台，研发了一种针对劲性结构钢柱吊装运力计算的参数化分析方法，为塔吊布置和选型方案优化提供科学的理论依据。
采用此方法，可以快速地分析计算出塔吊运力是否满足要求，减少以往人工计算投入的精力和时间。
5.2 思考
除钢柱吊装外，装配式项目也往往涉及大量的吊装，犀牛软件平台兼容各类建模软件的数据格式，若在钢构深化和PC拆分设计时采用三维软件建模，则在设计吊装方案时，可以将模型整理后导入犀牛软件，并适当调整本文的计算程序，即可用于装配式项目的部品吊装运力分析。
因此本文的计算方法和思路具有较大的推广价值，可作为日后软件研发的发展方向。
参考文献：
[1]程罡,等. Grasshopper参数化建模技术[M]. 清华大学出版社, 2017.
[2]中联重科股份有限公司. QTZ160(TC7013-10E)塔式起重机使用说明书[M].
[3]中联重科股份有限公司. QTZ250(TC7035B-16)内爬塔式起重机使用说明书[M].