Inventor在建筑设计中的应用和技巧

1引言

传统的建筑建设过程一般由概念草图设计绘制建筑工程图绘制建筑效果图建筑施工等组成。随着计算机技术的发展，将建筑设计与计算机辅助设计相结合，借助三维建筑模型来多角度地展示建筑物复杂多变的空间结构，实现了建筑设计可视化。

Autodesk inventor 是美国Autodesk公司推出的基于特征的参数化三维设计软件，可以随处剖切三维建筑模型，如房屋的水平剖切、房屋的垂直剖切和各层楼梯间的剖切，等，使内部结构一目了然。

利用计算机的虚拟设计，为设计人员提供了广阔的思维空间，以激发设计和创新灵感。对比图1和图2两种楼梯的外观效果，可以动态地观察、推敲和修改设计，从中选择一种比较合理、美观的设计方案。

2导入CAD图作为墙体草图快速准确地创建墙体

草图是三维零件造型的基础，是一个特征的“截面轮廓”，有了草图，就可以用各种方法生成不同的实体。将现有的CAD建筑平面图作为Inventor 墙体的草图，再利用“拉伸”工具创建墙体，既提高了建模速度，门窗位置又非常准确。将 AutoCAD DWG 数据输入到Inventor 零件草图的步骤如下：

(1) 提取CAD图中的墙体图层

因为CAD建筑图中有一些文字、尺寸和门窗等创建墙体不需要图线(图3)，利用CAD“特性”工具中的“快速选择”功能，可以将墙体图线提取出来。如图4“快速选择”对话框所示，墙体层(WALL层)已经包括在选择集中。用“复制”和“粘贴”命令将选择集的内容粘贴到一个CAD新文件中，保存该CAD文件(图5墙体图)后关闭该文件。

(2) 输入CAD图作为Inventor 草图

在 Autodesk Inventor 中创建新零件，激活零件草图。单击“草图”工具栏上的“插入AutoCAD文件”按钮，输入已保存的墙体图。草图应该是一个封闭的轮廓，而且不能是自交叉状态，必要时删除草图截面轮廓中不需要的线段。

一般情况下，草图绘制完后，要对草图进行约束。几何约束用来规整草图的几何形状，确定草图各要素之间以及草图与其他实体要素之间的相互关系。尺寸约束用来定义草图的大小和图元之间的相对位置。利用现有的CAD建筑平面图作为Inventor 墙体的草图，则可以节省绘制草图和约束草图这些步骤，可以大大提高建模速度。

(3) 创建墙体

单击“拉伸”工具，如果草图截面轮廓中有开放回路或多重回路，则显示“检查截面轮廓问题”符号，使用草图医生删除所有开放回路或多重回路。拉伸后的墙体如图6所示，注意在门窗的位置处添加了必要的墙体。

3利用自定义特征(iFeature)创建复杂管路模型

一套完整的建筑工程图中，给排水、暖通、结构等部分是由各个专业设计小组设计并提交设计图纸的。在三维建筑模型中，将给排水管路和暖通、风道等按照尺寸绘制出来，可以检查管路设计是否合理，管路与建筑结构有没有干涉现象，帮助各个专业之间进行协调，使施工得以顺利进行。

Inventor软件的“自定义特征iFeature”功能是定义并保存重复使用的特征。因为管路可视为由圆拉伸而成，所以用iFeature功能定义一个拉伸特征，然后在零件上选择工作平面来插入iFeature，可以大大提高创建三维管路模型的速度。图7所示为卫生间的部分管路。使用iFeature功能创建管路的步骤如下：

(1) 创建iFeature

绘制一个草图直径20，拉伸长度100的圆柱，使用“工具”菜单上的“提取 iFeature”选项来提取草图特征和定位基准面并保存在系统指定的目录中，“创建iFeature”对话框如图8所示。

(2) 提取CAD图中的管路图层作为Inventor草图

利用CAD“特性”工具中的“快速选择”功能，将管路图层提取出来并保存为一个CAD文件。在Inventor 中创建新零件，用“插入AutoCAD文件”功能，输入CAD管路图作为Inventor草图，如图9所示。

(3) 插入iFeature创建不同标高的管路

单击“工作平面”按钮，选择Inventor草图中某条线段和它的端点，则定义一个通过端点并垂直于该线段的工作平面。启用特征工具面板中的“插入 iFeature”功能，出现“插入 iFeature”对话框，找到需要插入的文件后，将光标放在已定义的工作平面上，圆柱的虚拟显示将会出现。根据需要在“插入 iFeature”对话框中调整草图直径或拉伸长度后，完成了该条管路的创建。

在Inventor中，可以将模型中的几何图元、定位特征投影到当前草图平面中，以创建参考几何图元。为了创建不同标高的给水、污水、中水和热水管路，需要定义不同标高的工作平面作为草图平面，将Inventor 草图中的线段投影到各个草图平面上，再利用iFeature功能创建不同标高的管路，保证了各种管路间的相对位置正确，如图10所示。

4巧用尺寸表达式创建楼梯族

建筑物中往往有多种楼梯，在楼梯草图的尺寸标注中，利用尺寸表达式，就可以用同一个三维模型，通过更改楼梯的长、宽、高和台阶数量而生成不同规格的楼梯，使三维模型得以重复利用，提高设计工作效率。

创建一个长4200mm、宽1600mm、高2550mm、台阶数量为16的直楼梯的步骤如下 ：

(1) 绘制草图并标注尺寸

尺寸和图形是“关联”的，当改变尺寸的数值后，尺寸会驱动图形发生变化。标注尺寸后，可以用三种形式显示尺寸：尺寸数值、尺寸名称和表达式形式。图11所示尺寸的显示形式为表达式形式，其中d0、d1、d2…dn是系统从第一个标注的尺寸开始为每一个尺寸排好的尺寸变量名称。注意尺寸变量d1的长度设定为4200+(4200/15)，15是台阶数量16减1所得。拉伸该草图，拉伸距离为楼梯宽度1600。

(2) 切削一个台阶

选择楼梯的侧面为草图平面，绘制直角三角形草图，如图12所示。标注一个台阶的高度尺寸d8=d0/16，而宽度d9为计算尺寸(圆括号内的尺寸)，可不必标注。创建切削拉伸特征切削一个台阶。

(3) 阵列台阶

将上一步骤的切削拉伸特征草图设为可见，沿路径矩形阵列该特征。阵列方向选模型的斜边，如图13所示，阵列间距用“测量尺寸”的方法由测量图示直角三角形的斜边得到。创建楼梯的结果如图14所示。

5结束语

使用二维设计工具来表达造型新颖、空间丰富的建筑物有其局限性，三维设计软件在复杂实体，曲面造型，干涉检查等方面具有二维CAD所无法比拟的功能，三维模型给设计师以立体的概念和更广阔的发挥空间。借助三维建筑模型展示物的空间结构和进行深化设计，使建筑内容更加完整，设计的真实性和准确性也有了质的飞跃。

参考文献

[1] 窦忠强． 工业产品设计与表达 [M]．高等教育出版社，2006.

[2] 过小容．Autodesk Inventor R10 培训教程[M]．化学工业出版社， 2006.

[3] 隋丽．Inventor 基础教程[M]．北京理工大学出版社， 2004.

[4] 黄亚斌．Autodesk Revit Building 8 实战绘图教程[M]．中国建筑工业出版社，2005.

[5] 李智辉．AutoCAD 建筑制图习题集锦[M]．清华大学出版社，2005.

作者简介：张苏华(1958-)，女，讲师，工学学士，主要研究方向为工程图学与计算机辅助设计。