地表水环境质量标准109项全分析技术难点研究

随着计算机控制技术和光学技术的不断进步，人们对于其加工能力的期待也越来越高，这种期待不仅仅是对能够切，更是对切得好和切得快的期待。激光加工作为一种先进的材料切割手段，已经越来越为钣金生产者所接受。

激光加工起步较早的欧美和日本，在上世纪80年代开始由激光加工机生产厂商对钢材生产提出了具体的质量要求，从而有了区别于普通钢材但价格偏高的激光专用钢材。而随着激光加工成为主要的切割手段被接受后，25mm以下普通钢板就以激光专业材料作为标准材料了。然而，由于中国的发展太快，钢材生产来不及适应，就有了中国钢材与进口钢材之分。其主要区别在于钢材中杂质含量和对钢材表面的处理以及运输保管等一系列原因，造成了中国板材切割难的现状。

当今中国的粗钢产量不仅是世界第一，更是超过了全球产量的50%，发展中国家甚至一些像澳洲韩国等发达国家为节约成本也在大量使用中国板材，因此与其期待中国钢材来适应激光切割不如研究和提出能够优质地加工劣质材料的方法和提案。本文提出其中的一些思考以抛砖引玉。

【在中厚板加工中遇到的问题】

1. 碳钢厚板穿孔问题

在厚板加工中穿孔时间占很大比重，各激光厂商纷纷开发了快速穿孔的技术，较为有代表性的是高能穿孔（炸孔），这种方法的优点是速度快（1秒，以t16mm为例—以下相同），但缺陷是不仅影响对小形状的加工，穿孔时注入的巨大能量使板材温度升高进而影响接下来的整体切割过程。而用小功率脉冲进行穿孔的话，时间就很长（12秒），会导致切割的效率下降和单位成本的提高。

2. 切割面品质问题

图1.和图2.示出了加工中厚板时经常会遇见的切割断面，这样的切割不仅成品质量受到质疑，还会伴随着过烧和严重的粘渣出现，以致体现不出高价的激光加工机区别于其他切割手段的价值。

图1.碳钢切割面图2.不锈钢切割面

3. 整板加工稳定性问题

在对国产钢材的整板加工中，经常会出现局部区域加工不良的现象。这种现象有时很随机，即使在加工机状态良好的情况下也会出现。为了处理局部故障品而大大地影响了整个工作进度，这里对此不明原因的加工失败也给出一些笔者的分析和对策提案。

【针对上述问题的解决方案】

1. 高峰穿孔（HPP）方案

顾名思义就是利用占空比小的高峰值脉冲激光，辅以喷射在材料表面上的不燃油以清除开孔边缘附着物，控制脉冲的合理频率边冷却边穿孔。其特点是相对炸孔虽然时间稍长（3秒），但穿出的孔径小（约φ4mm）且开孔边缘无附着物以及入热较低，便于接下来的正常切割加工，相比普通穿孔则效率提高了4倍。图3.示出了普通穿孔、HPP穿孔和高能穿孔的区别。

图3.高能穿孔HPP穿孔

2. 切割断面改善方案

对于碳钢来说改善切割断面的重要因素是控制对板材的入热并能保证激光照射部分的充分燃烧。三菱电机开发的K-CUT加工条件较好的完成了这一使命。图4.是在同一块国产板材上用传统条件和K-CUT条件进行切割的效果比较。而对于不锈钢来说改善切割断面的重要因素则是光束的改良（改善焦深）与辅助气体的有效利用。亮面切割技术就是改善了发振器和喷嘴所得到的结果。图5.是改善后的效果。断面上部粗糙度8μ、下部12μ堪比机械加工。

图4.碳钢中厚板K-CUT效果

图5.不锈钢中厚板亮面切割效果

3. 保证加工稳定性的方案

当前为了提高加工机的运行速度，激光机多采用俗称飞行光路的结构，即材料托盘不动而加工头在整个可加工区域内运动的形式。而为了补偿加工头与光源相对位置的变化，各厂商也尽可能保证光斑在加工范围内的一致性，使用曲率可变折射镜是普遍选择的方式。这种方法虽然结构简单却会改变焦深，使在对焦深极为敏感的中厚板切割时会显得力不从心（既要保持光斑不变又要保持焦深不变）。三菱电机采用的等长光路方式（在可加工范围内光源与加工头之间光传播路径等长）可避免焦深变化，从而使光斑和焦深都保持一致。另外对入热的重视使板材积累的热量得到控制，较好地解决了稳定性问题。图6.示出了等长光路的原理及在加工区域中不同位置的加工效果。

图6.等长光路原理及效果

来源：光易网

海南某五星级酒店项目

天津理工大学钟炜教授课题组结合传统算量软件（GGJ2013，GCL2013）与BIM算量（GFC插件），完成了某五星级酒店项目的钢筋与土建工程量计算。并且对于传统算量与BIM算量的特点进行了详细分析和总结。

以海南某五星级酒店项目为例

近一个月来，课题组结合传统算量软件（GGJ2013，GCL2013）与BIM算量（GFC插件），完成了某五星级酒店项目的钢筋与土建工程量计算。在实际算量中发现并解决部分BIM快速算量的关键技术难点，探索研究了传统算量与BIM算量对各专业的适用性。

该工程建筑总占地面积近53000平方米，主体采用框架结构，由裙房和客房两部分组成。裙房部分包括地下一层，地上两层和局部夹层；客房部分为地上六层。在该酒店项目算量工作结束后，本团队对传统算量与BIM算量的特点进行了详细分析和总结，内容如下：

传统算量应用分析

1、利用CAD识别功能可快速出模

该项目钢筋部分采用GGJ2013钢筋算量软件。该软件在CAD图纸标准的情况下，可以通过CAD识别构件的功能减轻新建构件的工作量，大大节省建模时间。该功能需在识别完成后对生成的构件一一进行查错与更改，即使没有报错的构件，此次本团队在建模过程中发现软件存在构件识别错误但并不报错的情况，例如柱大样的识别，见图1-1、图1-2、图1-3。

图1-1识别70项柱大样之后提示出错的校核图

图1-2左图为提示报错KZ-a的正确柱大样图，右图为识别的柱大样图

图1-3左图为未报错KZ-b的正确柱大样图，右图为识别的柱大样图

由上图可以看出，此次识别70项柱大样后提示出错的只有4项。KZ-a部分角筋和箍筋识别错误提示需要校核；然而KZ-b识别错误却没有提示校核，这样就需要算量人员在建模时对识别生成的构件信息一一进行核对。

2、钢筋搭接

由于钢筋涉及搭接问题，所以在绘制图元时一定考虑到实际情况进行正确的绘制。比如此次酒店项目的框架柱是根据不同的标高给出三百余项柱大样图，考虑到钢筋搭接的问题，柱的建立不能按照楼层分层建立，而是根据标高建立（酒店位于海南兴隆，依地势环山设计，用地呈不规则形状）。这样建立的柱图元钢筋不会因为楼层的原因而出现钢筋不连贯和出现多余搭接，如图1-4所示。

图1-4根据标高建立的柱钢筋三维图

3、GGJ和GCL模型之间的互相转化

钢筋算量流程通过先建立建筑主体模型，然后在相应构件图元中添加钢筋信息，最后进行汇总计算。所以GGJ所建立的钢筋模型本身含有大部分的土建模型构件图元（如梁、板、柱等基础构件）。因此，建立GCL土建算量模型可通过导入已建立的GGJ钢筋工程，待软件将其转化为GCL可编辑构件后，再在GCL中结合图纸对未导入和无法转化的构件进行二次建模与维护，即有则免，无则添，错则改。同理，也可将GCL工程导入GGJ软件，进行钢筋模型的维护与信息的输入。

图1-5GGJ与GCL互导关系图

GCL与GGJ工程互相转化时需要注意以下几点：1)GCL工程设置需与GGJ一致。2)GGJ与GCL存在无法转化构件，需新建，如楼梯等。3)GGJ中使用自定义线绘制的图元，需定义图元的构件类型。因为，未定义的自定义线图元在GCL中无法准确套取清单与定额。

传统软件算量是根据CAD二维图纸在软件中建立三维模型，通过赋予构件信息，套用工程量清单与定额进行算量与计价。这个过程需要针对项目的各个专业各个构件进行大量属性设置，过程繁琐复杂，人为因素导致的误差很大且很难避免，这是造成传统算量结果不准确的主要原因。该项目工程图纸有多处不符合软件CAD识别规则。在建立算量模型时，本团队进行了大量的手工建模。这样不仅在新建构件和设置构件属性上耗费了大量的时间，也增大了由于人为因素导致的误差。在这种情况下，建模绘制构件时应严格按照图纸要求；构建属性设置必须保证信息准确无误；绘制过程中严禁出现漏项的情况。

图1-6梁的集中标注未与相应梁匹配

BIM快速算量应用分析

传统的算量需要先建模再算量，这对于已经具有Revit设计模型的业主方、算量咨询单位来说，相当于二次建模，浪费了大量人力财力资源。如果使用GFC插件则会尽量避免这种情况，即基于Revit模型，使用GFC插件导出gfc格式文件，再将其导入GCL中直接生成模型。

团队在利用传统算量软件进行的同时，也进行了BIM快速算量的研究。以砌体墙为例，该项目砌体工程不同于之前承接的公寓楼，小区停车场等工程。其砌体结构错综复杂，标高之繁多令造价咨询公司倍感不便。因此本团队经过讨论，决定利用设计院提供的Revit模型，通过GFC插件将砌体墙模型直接导入GCL中。在经过两天的探索与研究，并对Revit模型进行修正后，成功将Revit模型中的砌体结构准确的导入到GCL中，且由于设计模型中的构件已经被赋予了部分信息（如内外墙与材质等），为后期的构件信息输入省去了大量工作，同时降低了人工翻模所带来的误差，极大的提高了工作效率。本次项目中，传统方法完成砌体工程量的时间约为7天，而采用GFC插件所使用的时间仅为1天（含研究讨论时间），如图1-7所示。

图1-7GFC插件导入GCL的砌体墙

通过对传统算量与BIM算量的工程量清单各项的详细比较，发现两种算量方式下结果误差仅2%以内，由此看来BIM快速算量无论从准确度还是速度等方面都是优于传统算量的。但由于受软件功能制约，传统算量与BIM算量两种方法的有效联合仍是最佳的算量方式。

BIM算量与传统算量协同应用

1、传统算量在较于手工算量有很大的优势，但对于算量人员识图能力和建模能力要求较高，对于图纸和设计说明的理解也会因人而异，这样在无形之中就增大了算量误差。BIM算量在Revit模型基础之上进行，既避免二次建模又保证了模型的一致性。BIM算量对算量人员要求不高，只需具备基本能力就可快速准确的进行算量。

2、当前传统算量软件中的模型都是为了算量而建立，用途单一且工作量较大。Revit中建立的工程模型，既可用于算量工作同时对于前期施工模拟、中期设计变更、后期项目运维也有重要应用价值。

3、Revit软件与软件间的交互是目前各方关注的重点，要想利用Revit模型进行准确的快速算量，一个提高构件识别率的模型修正规范是必不可少的。只有实现了模型与算量软件的无缝对接，才能真正实现BIM快速准确算量，最终实现基于BIM的投资管控和指导施工，为建设工程项目带来切实可用的价值。