QC質量控制理念在預應力閘墩配筋設計中的運用

曹小轉

[摘要]某水電站受下閘蓄水節點制約，其表孔閘墩鋼筋圖設計周期只有2個月時間。為了按期高質量的完成預應力閘墩鋼筋圖的設計，我們采用QC質量管理理念，成立了活動小組，小組成員通過努力高效高質量的完成了預應力閘墩從建模-應力分析-配筋-出圖的任務。

[關鍵詞]QC；預應力閘墩配筋設計效率；提高

QC定義：QC即質量控制，QC小組是生產過程中職工圍繞存在的問題，以改進質量、降低消耗及和經濟效益為目的組織起來，運用質量管理的理論和方法開展活動的小組。QC小組遵循PDCA循環理念。

1、任務來源

某水電站受下閘蓄水節點制約，其表孔閘墩鋼筋圖設計周期只有2個月時間。表孔閘墩受力狀態復雜，結構的應力分析宜采用三維有限元法進行計算。通過調查幾個類似工程，設計流程一般為：Ansys建模、計算及優化調整→Autocad繪制鋼筋圖→人工校審，一般需80-90工作日，其中校審及修改時間較長，往復工作量大，進度難以保證。

2、P計劃階段

根據實際情況，為按期高質量的完成預應力閘墩鋼筋圖的設計，成立了由10人組成QC活動小組。

2.1現狀調查及確定目標

通過對類似工程及現有計算繪圖工具的調查發現，預應力閘墩配筋流程為：Ansys三維有限元法對閘墩進行應力分析，依據應力分析結果進行預應力錨索布置及鋼筋布置，采用AutoCad軟件進行繪制鋼筋圖并校審出圖。主要設計環節包括：建立模型，劃分網格，編寫命令流，計算分析，模型優化，重新劃分網格，重新編寫修改命令流，重新計算，后處理，鋼筋圖繪制，校審修改，出圖。

該設計流程各軟件特點如下：Ansys分析軟件線性分析功能強大，應用廣泛。其自帶建模功能是基于點線面建立模型，建模效率低；雖然可以從其他建模軟件導入模型，但二者的連接是建立在終端模型層面，導入的模型無法用數據驅動，一旦結構尺寸發生變化，整個流程需從新開始。

Autocad軟件是一款平面繪圖軟件。繪制鋼筋圖流程如下：首先切閘墩結構剖面，標注控制樁號；其次布置鋼筋，標注鋼筋序號、直徑間距等信息；最后繪制鋼筋表并計算鋼筋量。之前建立的三維模型在繪制鋼筋圖時基本沒用，人工繪制鋼筋圖耗時較長。

通過對采用以上設計流程的三個電站調查發現：完成整個設計流程總耗時為80-91個工作日之間，其中建立模型、模型優化、鋼筋圖繪制、校審修改4個環節耗時最長，共約占了70.5%。若本工程也采用此方法，將無法滿足節點要求，工期需相應滯后。經小組成員討論，考慮工程實際情況并結合行業內最新的技術手段，最終確定本工程預應力閘墩配筋設計耗時控制在45個工作日內。

2.2原因分析及確定要因

目標確定后，小組成員利用頭腦風暴法對耗時最長的4個環節進行了原因分析，繪制了因果分析魚刺圖，見圖2-1。由此分析出7條末端因素：人員對有限元軟件不熟悉、人員工程經驗不足、計算機配置不足、無法實現數據驅動、網絡病毒危害軟件與計算機操作系統不兼容、無法實現各軟件間的數據共享。進而確定了兩條主要因素：1）無法實現數據驅動、2）無法實現各軟件間的數據共享。

2.3、制定對策

針對“預應力閘墩配筋設計耗時較長”的兩個主要原因，小組成員召開會議，制定對策：

要因1、無法實現數據驅動。

對策：尋找可以實現數據驅動閘墩模型及鋼筋布置的方法。

對策措施：

1、調查可以實現數據驅動建模和鋼筋布置的方法；

2、選用合適的三維建模軟件及配筋軟件；

3、效果檢查。

目標：所建的三維模型及鋼筋布置均采用數據驅動，縮短有限元分析及鋼筋圖校審修改時間。

要因2、無法實現各軟件間的數據共享。

對策：尋找可以實現閘墩模型在各軟件間數據共享的方法。

對策措施：

1、調查可以實現模型數據共享的建模軟件、有限元分析軟件及配筋軟件；

2、選用適合的軟件組；

3、效果檢查。

目標：模型在有限元分析軟件和配筋軟件中實現數據共享，縮短鋼筋圖繪制時間。

3、D對策實施階段

第一步：選擇技術路線

針對可以實現數據驅動的三維建模軟件及配筋軟件、可以實現三維模型在有限元軟件及配筋軟件間數據共享這一思路展開調查。

調查發現：可以實現數據驅動與數據共享的三維建模軟件主要有：Catia、PRO/E、Bentley/MicroStation V8i等；可以實現數據共享的三維有限元軟件主要有：Ansys、Abaqus等；可以實現數據驅動及數據共享的三維配筋軟件主要有：三維配筋系統ReStation、VisualFL三維配筋軟件等。

通過對各軟件的對比調查，最終擬定了幾條技術路線：1）PRO/E建立三維模型→Ansys進行三維有限元分析→VisualFL三維配筋軟件進行配筋。2）Catia建立三維模型→Abaqus進行三維有限元分析→VisualFL三維配筋軟件進行配筋。3）Bentley/MicroStation V8i三維建?！鶤baqus進行三維有限元分析→三維配筋系統ReStation進行配筋。

通過對各技術路線的分析及對現有資源的調查，發現采用Catia三維建模軟件建?！鶤baqus有限元軟件進行應力分析→VisualFL三維配筋軟件進行鋼筋圖出圖的技術路線，可以更好的解決軟件的數據驅動及各軟件之間的數據共享。

該技術路線各軟件特點如下：Catia是一款三維模塊化設計軟件，該軟件主要通過參數驅動模型，結構修改只需修改數據即可。Abaqus軟件為一款大型通用有限元計算軟件，該軟件計算流程與Ansys基本相同。Catia三維建模軟件與Abaqus有限元軟件皆為同一公司產品，兩者可以很好的實現數據共享。VisualFL三維配筋軟件針對水工結構的配筋特點開發，該軟件可以導入Catia三維模型，可以實現參數化配筋，完成二維鋼筋圖和鋼筋表的自動生成。

經調查，QC小組成員之前對以上三個軟件都有技術儲備，能很熟練的操作軟件。故最終確定采用此種技術路線。

第二步：首先采用Catia三維建模軟件建立三維模型；將閘墩三維模型導入Abaqus有限元軟件進行應力分析；將模型導入VisualFL三維配筋軟件，根據有限元分析的應力成果配置鋼筋，經校審修改后出圖。

4、C整體效果檢查階段

經過小組全體成員的共同努力，將制定的所有對策實施后，預應力閘墩配筋設計耗時從類似工程的83.6個工作日降到42.5個工作日。特別是建立模型及模型優化、鋼筋圖繪制及校審修改耗時較類似工程下降明顯。實現了小組最初設定的目標。

5、A總結階段

通過本次QC小組活動，實現了三維模型的數據驅動，實現了三個軟件之間的模型數據共享，高效高質量的完成了目標。