中国钢结构建筑市场设计软件基本情况及中国自主开发软件的未来走向

中国钢结构建筑市场设计软件基本情况及中国自主开发软件的未来走向简介：本文初步总结了目前中国钢结构建筑市场设计软件的情况，从使用角度重点介绍了三种典型软件的特点，比较了中外软件的优劣，对中国自主开发软件提出建议，对于发展中国钢结构建筑市场设计软件有一定的借鉴作用。关键字：钢结构建筑市场设计软件一、引言中国轻钢结构建筑设计的发展可大致划分为三个阶段。第一阶段：七十年代末期至八十年代中期。这一时期是中国轻钢结构建筑启蒙阶段，所承建的建筑均由国外公司采用国外规范和设计软件，在国外设计、制作，运输至中国安装建设。尽管也有设计院做过钢结构设计，但由于采用普钢规范和传统的工艺和材料，严格讲不在轻钢建筑的设计范畴。第二阶段：八十年代中期至九十年代中上期。这一时期已有国外的钢结构公司开始在中国设立办事机构，并有一些公司从国外带来设计软件，在中国进行设计，采用的规范仍然是国外的规范。这期间国内的一些科研机构和高等院校，开始着手研究开发（轻）钢结构设计软件。但设计的主体仍然是国外公司采用国外规范。第三阶段：九十年代中期至现在。这期间，一些国际知名品牌公司看好中国钢结构建筑市场，纷纷通过独资、合资、合作的方式在中国设立分支机构。这时的设计主体已转移至中国本土设计，至九九年下半年中国颁布《门式刚架轻型房屋钢结构设计规范》之前，所采用的规范仍然是国外的规范。与此同时，国内的设计院和高等院校自主开发的设计软件，已开始成熟并投入市场。《门式规范》的颁布，对中国钢结构建筑设计软件的开发及推广普及起到了极大的推动作用。另外，九十年代末，国内的个别设计院和高等院校也开始与国外专业软件公司合作，共同开发适合中国国情的钢结构设计软件。从以上（轻）钢结构建筑设计发展的阶段分析，国内目前的轻钢结构设计软件虽然以国外的软件为主，但国内开发的软件也有了迅速的发展，并在市场占有率上超过了国外。现国内大约有十几个版本的国外软件，两个版本的国内软件。《门式规范》的颁布，意味着今后轻钢结构设计应主要以中国规范为主，国外的设计也应通过校核和规范选择等手段，使之符合中国规范的要求。因此，对中国自主开发的软件来讲，既为发展提供了广阔的发展空间，同时也提出了更高的要求。鉴于此，有必要对目前国内的设计软件情况进行一次分析比较,从发展的角度对中国自主开发的软件提出一些具体的意见和建议。二、中国钢结构建筑软件的一般情况钢结构建筑设计软件应当包括高、中、低层各类建筑的设计软件，但鉴于目前国内钢结构建筑主要以低层建筑为主，即人们常讲的轻钢结构建筑，因此，本文所谈到的钢结构建筑软件亦主要是指轻钢结构建筑设计软件。（一）、国内钢结构建筑设计软件的种类目前国内的钢结构设计软件主要有两大类：一类是中国自主开发的软件，主要有上海同济大学土木工程学院开发的空间钢结构杆系系统CAD软件----3D3S；中国建筑科学研究院开发的建筑设计软件系统PKPM系列中的钢结构设计软件----STS；首钢设计院开发即将投入市场的钢结构设计软件---MES另一类是专业钢结构公司或设计院持有的国外的设计软件。这类情况中还分两种类型：一种是持有本公司自主开发的软件，比如上海宝成钢构持有VP公司的VPCommander软件；另一类是持有国外专业软件公司出售的钢结构设计软件，比如天津麦塔力钢构公司、BUTLER公司、清华大学持有REI公司的STAADⅢ软件。在国内市场上还有如芬兰Teklaoy公司的Xsteel、德赛公司的SCIA、REI公司的STAADPRO、SSDD、英国爱司卡特公司的STURCAD等。除此之外，亦有一些设计院或公司在使用别人的软件的同时，在不同的平台上自己开发一些适合不同用途的软件，比如北京京冶公司钢结构所开发的钢结构设计软件----京冶体系；还有一些设计院或公司对国外的专业软件进行了改进，使得这些软件更适合设计使用，比如郑州华电公司对STRUCAD6.0版的软件进行了二次开发，大大提高了软件的使用效率和准确性。（二）、持有软件企业、设计院的分布情况钢结构设计软件最初从国外进入中国，开始时只为外资公司拥有。到九十年代中期，国内的设计院方开始开发自己的软件，一些企业方开始购买软件。其情况大致可划分为：1、外资公司（含合资公司）持有以美国规范MBMA、UBC、AISC、AISA、AWS为设计依据的国外的设计软件，如上海美建钢构公司持有的MSA、马泰力克公司持有的MBS等；2、国内企业持有的软件主要是国内开发的3D3S、STS。该部分涉及企业的商业机密，故不举例；3、有影响的设计院持有的软件情况。这部分情况比较复杂，有些设计院不止持有一套软件，但有影响的设计院的情况大体：北京大学力学系持有自主开发的结构分析软件----SPA84；清华大学持有STAADⅢ/PRO；同济大学自主开发的3D3S；中国建筑科学研究院自主开发的STS；包钢设计院持有3D3S；北京钢铁设计院持有STS等等。（三）、持有软件企业的地域分布情况在地域分布上主要体现了五大板块：1、上海板块：这一板块是最成熟、最有影响的地区，设计软件基本是国外软件，其预制轻钢结构质量最佳，对中国钢结构市场起着主导作用。代表企业如BUTLER、ABC、冠达尔、上海宝成等都是国内一流的钢结构企业；2、杭州板块：这一板块以3D3S为主，其钢结构成本低，在中低价位的市场内最据竞争力。代表企业如东南网架、大地钢构、杭萧钢构等都是国内知名企业；3、天津板块：这一板块以STAADⅢ、STS、3D3S为主，由于其是北方地区最早从事轻钢结构的地区，所以对北方地区的影响甚远。代表企业如天津万力圆、万力成等均是知名度较高的企业；4、北京板块：这个板块以清华大学使用STAADⅢ/PRO为主要代表，间有个别企业、设计院使用STS、3D3S、STAADⅢ/PRO或SSDD，比如中国华电钢构既有3D3S，又有SSDD。另外，首钢设计院亦独立开发了一套设计软件。目前看，这个板块的综合能力最强，其发展势头最猛；5、广东板块：这个板块是中国较早发展的地区之一，以台资企业为主，现在在广东地区已独占熬头。除上述五大板块以外，还有个别设计院、企业散居在全国各地，一般的讲，与上述情况相仿，其中，马泰力克MBS为国际最新的软件，可能会在后期钢结构建筑市场上占有一席之地。（四）、软件使用性能的分类情况CAD设计软件的编制是计算机的专业理论。由于本文作者都是使用软件的工程师，非计算机专业，故，只能从软件的使用性能方面进行分析。另外，从性能上分析，更有益于软件的普及及提高。1、结构分析功能软件。这类软件一般作为结构力学的精确计算程序，在建模输入时没有较多的条件限制，能真实反映实际结构的力学模型。这类软件有SPA84、3D3S、STS等；2、结构分析及优化设计功能软件。这类软件除已进行结构分析外，还能对结构分析进行优化设计，亦可以选择不同的规范对截面尺寸进行检查，从而使设计结果符合相应的规范。这类软件有STAADⅢ；3、结构分析、优化设计及工程智能化软件。这类软件是目前最先进的设计软件，在钢结构建筑市场上占据最重要的位置。这类软件如MSA、MBS、VPCOMMANDER、SSDD、XSTEEL、SCIA及STRUCAD。三、典型软件的特点分析（一）、3D3S3D3S至今已开发到3.5版本,是国内最重要的(轻)钢结构设计软件。其主要特点是：1、这是一套高度集成化的软件。除可进行钢结构一般结构的分析计算外，对于门式刚架、桁架、框架、塔架及钢屋架、吊车梁等都具有快速建模的功能，尤其对门式刚架结构建模十分迅速便捷。其特有的满应力优化模块，在运算时可以对门式刚架进行反复叠代、计算，以确定最佳的截面。目前，就门式刚架而言，在钢结构分析方面，已于国外的软件达到基本相当的水平；2、秉承WIN98的优势环境，人机交互式数据输入输出，使得操作简单明了，同时，与AUTOCAD完全接口，许多命令与AUTOCAD命令类似，为中国工程师所熟习；对数据的修改、施工图的生成等，亦符合中国工程师的习惯，简单明确、易于掌握；3、该套软件后处理功能也比较完善。除可以自动生成计算报告（如位移报告、内力报告、节点设计报告、反力报告等）外，还可以生成一系列施工图、节点图、材料表和报价分析报告等，更能快速生成结构的空间骨架效果图、各平面结构布置图。3D3S是一套集各种钢结构空间杆系的设计软件，但目前用户更看好他的对于轻钢结构的设计计算，因此，从某种意义上说，他更是一套轻钢结构的设计软件。（二）、STAADSTAAD是美国REI（RESEACHENGINEERING）公司与其在大连的分公司阿依艾工程软件有限公司共同推出的，其产品在全世界拥有超过11万以上的用户，是国际上具有较高知名度的工程软件之一，也是在国内水平最高的软件。目前在国内市场上有STAADⅢ、STAADPRO和SSDD三个版本。清华大学、BUTLER、中国华电等许多知名院校和公司都拥有这套软件。其特点是：1、STAADⅢ是一个综合性的力学分析计算软件。其分析功能强大，包括结构力学分析、有限元模块和各种规范的检验等。还为用户提供了各种可选择的模块，如构件设计、管道工程、钢结构详图设计、结构估价等。STAADPRO是其配套的绘图软件，可根据STAADⅢ输入的数据自动生成总体图、施工图、节点图、加工详图、放样图等。2、STAADⅢ分析与设计部分具有相当强的通用性和适应性。一是它的基本图库中内置了一些标准结构模型，通过这些基本结构进行编辑组合，可以方便地形成最终的整体结构，计算的结果准确可靠。对于复杂的组合结构可以分块建模，然后进行组装，其特有的前处理模块可以大大减少结构建模的工作量。二是结构分析可采用不同的分析方法，包括线型、非线型、P-DELTA等。动力分析可输入反应谱曲线或进行时程分析。三是STAADⅢ具有相当齐全的规范库。这为不同的结构类型与其相适合的规范进行检验提供了便利条件，同时使力学分析的通用性与结构计算的通用性有机地结合起来。STAADⅢ中的钢结构规范种类主要包括美国AISC、AASHTO以及加拿大、欧洲、英国、日本和中国的规范，同时包括这些国家的型钢表；除钢结构规范外，还包括各国的混凝土结构规范，以及美国的木结构、铝结构规范。3、STAADⅢ的前处理与后处理功能亦十分强大。通过STAADⅢ输入的构件可以为杆系单元，也可以为四节点或八节点的有限单元，杆件可定义为梁、柱、桁架、变节面构件或仅受拉、压的构件。结构支坐可以为固接、铰接、弹簧连接等。对于指定的框架、桁架结构可自动选择截面进行优化设计，对于门式刚架允许输入变节面构件。STAADⅢ的后处理部分可生成结构内力图等一系列几何简图，可编辑出较为完善的计算报告及各构件的详细检验报告。最近，中国建筑金属结构协会钢结构学术委员会与REI工程软件（大连）有限公司联合推出的钢结构设计与绘图软件SSDD是以STAADⅢ/PRO为计算核心按《门式刚架轻型房屋钢结构设计规程》CECS102：98开发的钢结构设计软件，对于标准的双坡单跨、双坡多跨、单坡单跨、单坡多跨门式刚架可以实现快速建模，截面可以用户定义的型钢表中选择，也可以将当前型钢存入表中。SSDD按照中国的有关规范进行荷载组合并自动给出最不利的荷载组合，以便进行规范校核确定构件截面。每根构件的设计结果可以以图形或文字方式给出。可以预计，SSDD将成为中国轻钢结构领域最优秀的设计软件。（三）、VPCOMMANDER上海宝成公司1995年从美国VACRO-PRUDEN建筑公司引入钢结构设计软件VPCOMMANDER，是集轻钢结构系统报价、设计、工程管理、工厂制作一体的专用软件。其主要特点：1、工业标准化。VPCOMMANDER钢结构系统从报价、设计以及制作到施工，都具有显著的工业标准化的特点。其软件数据库内置了900个标准节点，包括结构、配件、孔位、节点板、门窗、五金和泛水收边等，使得设计体现了鲜明的标准化特点；2、设计软件高度可视化。VPCOMMANDER的设计按初步设计进行详图设计，并可根据异常报告进行详细设计。详细设计的基础在于设计软件的高度可视化，VPCOMMANDER系统有一个优秀的CAD